CAREER: Non-equilibrium Dynamics in Cuprate Superconductors Studied by Coherent Ultrafast Spectroscopy and Ultrafast Electron Diffraction

职业:通过相干超快光谱和超快电子衍射研究铜酸盐超导体的非平衡动力学

基本信息

  • 批准号:
    0845296
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 55万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-09-01 至 2014-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Non-Technical abstract:This award is funded under the American Recovery and Reinvestment Act of 2009 (Public Law 111-5). This CAREER award funds a project to understand the mechanism of superconductivity in cuprates by studying dynamics of ultrafast events taking place at the atomic scale. Superconductivity is the total loss of electrical resistance below a critical temperature. Currently, copper oxygen based cuprate superconductors have the highest known transition temperatures. Even in these materials, the transition temperatures are far below the room temperature which hinders potential applications and the mechanism of superconductivity is still not known. This project will use ultrashort laser pulses to make atomic scale ?movies? of dynamics of electrons and the lattice structure with both spatial and temporal resolutions. Information obtained from these measurements will help to understand the complex interactions leading to high temperature superconductivity in cuprates which may in turn enable predicting superconductors with higher transition temperatures. A strong emphasis will be placed on developing education and outreach programs integrated to the research component of this project. The education component of this project will enable training of graduate and undergraduate students capable of applying these techniques to different fields. A graduate level course dedicated to the application of ultrafast techniques to condensed matter physics will be developed and its material will be made freely available through the internet. The outreach part of this program will contribute improving the quality of K-12 math and science education especially in socio-economically impacted regions. This will be achieved by working closely with math and science oriented charter schools and education research institutions. Technical abstract:This award is funded under the American Recovery and Reinvestment Act of 2009 (Public Law 111-5). The goal of this Early Faculty CAREER project is to understand the mechanism of superconductivity in cuprates by studying the dynamics of their low energy excitations and phase transitions. After photoexcitation by ultrashort light pulses, the recovery of the resulting non-equilibrium state will be probed in both space and time using either light or electron pulses providing information about evolution of electronic and structural degrees of freedoms. In the high excitation density limit, non-equilibrium phase transitions will be induced into states that can be either thermally accessible or completely novel. Studying the dynamics of these phase changes will provide crucial information about the competing states of these materials and yield clues about their complex phase diagram. By studying the weak excitation limit, important insights will be obtained into the nature of couplings between different internal degrees of freedoms. A strong emphasis will be placed on developing education and outreach programs integrated to the research component of this project. The education component of this project will enable training of graduate and undergraduate students capable of applying these techniques to different fields. A graduate level course dedicated to the application of ultrafast techniques to condensed matter physics will be developed and its material will be made freely available through the internet. The outreach part of this program will contribute improving the quality of K-12 math and science education especially in socio-economically impacted regions. This will be achieved by working closely with math and science oriented charter schools and education research institutions.
非技术摘要:该奖项由 2009 年美国复苏和再投资法案(公法 111-5)资助。该职业奖资助了一个项目,通过研究原子尺度上发生的超快事件的动力学来了解铜氧化物的超导机制。超导性是低于临界温度时电阻的总损失。目前,铜氧基铜酸盐超导体具有已知的最高转变温度。即使在这些材料中,转变温度也远低于室温,这阻碍了潜在的应用,并且超导的机制仍然未知。该项目将使用超短激光脉冲制作原子级“电影”具有空间和时间分辨率的电子动力学和晶格结构。从这些测量中获得的信息将有助于理解导致铜酸盐高温超导性的复杂相互作用,这反过来又可以预测具有更高转变温度的超导体。将重点关注制定与该项目的研究部分相结合的教育和推广计划。该项目的教育部分将培训能够将这些技术应用到不同领域的研究生和本科生。将开发一门研究生课程,致力于超快技术在凝聚态物理中的应用,其材料将通过互联网免费提供。该计划的外展部分将有助于提高 K-12 数学和科学教育的质量,特别是在受社会经济影响的地区。这将通过与数学和科学为导向的特许学校和教育研究机构密切合作来实现。 技术摘要:该奖项根据 2009 年美国复苏和再投资法案(公法 111-5)提供资金。这个早期教师职业项目的目标是通过研究铜酸盐的低能激发和相变的动力学来了解铜酸盐的超导机制。在超短光脉冲光激发后,将使用光或电子脉冲在空间和时间上探测所产生的非平衡态的恢复,提供有关电子和结构自由度演化的信息。在高激发密度极限下,非平衡相变将被诱导进入热可接近或完全新颖的状态。研究这些相变的动力学将提供有关这些材料的竞争状态的重要信息,并提供有关其复杂相图的线索。通过研究弱激励极限,将对不同内部自由度之间的耦合性质获得重要的见解。将重点关注制定与该项目的研究部分相结合的教育和推广计划。该项目的教育部分将培训能够将这些技术应用到不同领域的研究生和本科生。将开发一门研究生课程,致力于超快技术在凝聚态物理中的应用,其材料将通过互联网免费提供。该计划的外展部分将有助于提高 K-12 数学和科学教育的质量,特别是在受社会经济影响的地区。这将通过与数学和科学为导向的特许学校和教育研究机构密切合作来实现。

项目成果

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