超伝導ナノワイヤ回路における動的状態の非平衡光学制御

凝縮物質システムに巨視的位相コヒーレンスを示す状態の光学的制御は、光学的に制御されたキュービットや光誘発性超伝導を含む、材料とデバイスエンジニアリングの興味深い可能性を開きます。バルク材料では、しばしばトポロジカル欠陥の形成に関連しているメタストラブルな状態は、より実用的な関心事です。ナノス化するためのスケーリングは、次元の減少につながり、システムのプロパティを根本的に変更します。1次元の超伝導ナノワイヤでは、3次元システムに存在する渦は、相の変動するトポロジー欠陥によって置き換えられます。これらは、超伝導体の動的な動作を劇的に変化させ、電流がワイヤーを通過するときに動的な周期的な長距離順序状態を導入します。超微量レーザーパルスによる超伝導Δ3-monナノワイヤ回路における異なる動的に安定した状態間の遷移の制御と操作を報告します。異なる動的に安定した状態間の遷移は、光によって正確に制御されるだけでなく、レーザーの光エキこれらのクエシ粒子が平衡状態の外側にある間に作成されたほぼ平等条件下では到達できない新しい光誘発隠し状態も発見しました。観察されたスイッチング挙動は、超伝導体ナノワイヤのオーダーパラメーターのさまざまな時空間的周期軌跡の動的安定化の観点から理解でき、タイミングのサブピコ秒制御を伴う超導電位相の光学制御の手段を提供します。

Optical control of states exhibiting macroscopic phase coherence in condensed matter systems opens intriguing possibilities for materials and device engineering, including optically controlled qubits and photoinduced superconductivity. Metastable states, which in bulk materials are often associated with the formation of topological defects, are of more practical interest. Scaling to nanosize leads to reduced dimensionality, fundamentally changing the system's properties. In one-dimensional superconducting nanowires, vortices that are present in three-dimensional systems are replaced by fluctuating topological defects of the phase. These drastically change the dynamical behavior of the superconductor and introduce dynamical periodic long-range ordered states when the current is driven through the wire. We report the control and manipulation of transitions between different dynamically stable states in superconducting δ3-MoN nanowire circuits by ultrashort laser pulses. Not only can the transitions between different dynamically stable states be precisely controlled by light, but we also discovered new photoinduced hidden states that cannot be reached under near-equilibrium conditions, created while laser photoexcited quasi-particles are outside the equilibrium condition. The observed switching behavior can be understood in terms of dynamical stabilization of various spatiotemporal periodic trajectories of the order parameter in the superconductor nanowire, providing means for the optical control of the superconducting phase with subpicosecond control of timing.