Lysskruens tæmning

DESY- og MPSD-forskere har skabt højordens harmoniske af faste stoffer med kontrollerede polarisationstilstande, drage fordel af både krystal symmetri og attosekund elektronisk dynamik. Den nyligt demonstrerede teknik kan finde spændende anvendelser inden for petahertz -elektronik og til spektroskopiske undersøgelser af nye kvantematerialer.

Den ikke-lineære proces med højordens harmonisk generation (HHG) i gasser er en af ​​hjørnestenene i attosekundvidenskab. Et attosekund er en milliarddel af en milliarddel af et sekund) og bruges meget på mange videnskabelige områder, herunder fysik, kemi og biologi. Dette stærke feltfænomen konverterer mange lavenergifotoner fra en intens laserpuls til en foton med meget højere energi. Mens HHG -processen er godt forstået i atom- og molekylgasser, mekanismen bag frekvensomdannelse i faste materialer er i øjeblikket stadig genstand for videnskabelig kontrovers.

Ved at kombinere HHG-eksperimenter og state-of-the-art teoretiske simuleringer, forskere fra Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) og Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) ved Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) i Hamborg introducerer nu polarisationsstatsløst højharmonisk spektroskopi af faste stoffer, som tillader dybere indsigt i både elektronisk og strukturel dynamik, der forekommer på tidsskalaer, der er kortere end en svingning af lysfeltet. Deres arbejde er nu offentliggjort i Naturkommunikation .

De udsendte harmoniske felter kan svinge lineært, eller de kan rotere elliptisk eller cirkulært med uret eller mod uret (såkaldt helicitet)-ligesom en skrue af lys. Forskerne afslører nu, hvordan harmonikernes polariseringstilstande og deres håndethed koder værdifuld information om krystalstrukturen og ultrahurtig stærkfeltdynamik, og hvordan harmonikernes polariseringstilstande kan kontrolleres. I øvrigt, da harmonikerne er skabt inden for en enkelt periode af hændelsesfeltet, metoden har i sagens natur en suboptisk cyklus tidsmæssig opløsning.

Det nuværende arbejde undersøger prototypematerialerne silicium og kvarts for at etablere den nye spektroskopiske teknik. Alligevel er metoden alsidig og forventes at finde vigtige anvendelser i fremtidige undersøgelser af nye kvantematerialer, såsom stærkt korrelerede materialer, topologiske isolatorer, og magnetiske materialer.