Skader nyt lys på styring af materialeegenskaber i solid-lag perovskite

Materialeforskere kan snart være i stand til at kontrollere materialeegenskaber med lys.

Et team bestående af forskere ved Kyoto University og Kurume Institute of Technology har opdaget en skaleringslov, der bestemmer højordens harmonisk generering i det solid-lagede perovskit-materiale, Ca₂ RuO₄ .

Højordens harmonisk generering er et ikke-lineært optisk fænomen, hvor ekstreme ultraviolette fotoner udsendes af et materiale som et resultat af interaktioner med lys med høj intensitet.

"Fænomenet, som først blev observeret i atomare gassystemer, har siden banet vejen for atosekundvidenskab," siger studieforfatter Kento Uchida. "Men det er lidt mere uforudsigeligt i nogle stærkt korrelerede faste stoffer, som Ca₂ RuO_4. "

På grund af den stærke vekselvirkning mellem elektroner i disse faste stoffer, kan egenskaberne ved højordens harmonisk generering kun etableres ved at forstå, hvordan disse elektroner bevæger sig i nærvær af lys.

For at løse dette spørgsmål, som aldrig er blevet bekræftet eksperimentelt, satte holdet sig for at observere forholdet mellem temperatur og fotonemission i Ca₂ RuO₄ . De brugte en mid-infrarød puls til at måle og kortlægge høj harmonisk genereringsintensitet ved temperaturer fra ekstremt lave 50 til moderate 290 Kelvin.

I den lave ende registrerede holdet højordens harmonisk generering flere hundrede gange mere intens end ved stuetemperatur. Fotonemissioner fortsatte med at intensivere med stigende mellemrumsenergi - den energi, der kræves for elektroner til at lede elektricitet - sammen med faldet i temperatur.

Holdet fandt ud af, at sådanne emissioner fandt sted i materialets Mott-isolerende fase, hvor den stærke frastødning mellem elektroner og høj spalteenergi omdanner metallet fra en elektrisk leder til en isolator.

"Vi opdagede, at højordens harmoniske i stærkt korrelerede materialer i høj grad afhænger af materialernes mellemrumsenergi," forklarer Uchida.

Denne skaleringslov kan rette teoretiske undersøgelser mod mere raffinerede beskrivelser af ikke-ligevægtselektrondynamik i stærkt korrelerede materialer:et centralt spørgsmål i fysik af kondenseret stof.

Uchida konkluderer, at deres "resultater også udgør et grundlag for materialedesign for at opnå mere effektive ikke-lineære optiske enheder."

Forskningen blev offentliggjort i Physical Review Letters . + Udforsk yderligere

Nye kvanteregistreringsmuligheder med ikke-lineær optik af diamanter