Ein neuer Knopf zum Steuern und Erzeugen höherer Harmonischer in Festkörpern

Esoteric Agenda - Best Quality with Subtitles in 13 Languages (Februar 2019).

Anonim

Wissenschaftler am MPSD und am CFEL haben die Möglichkeit demonstriert, einen neuen Knopf zu verwenden, um die Erzeugung von Oberschwingungen höherer Ordnung in Massenmaterialien zu steuern und zu optimieren, einem der wichtigsten physikalischen Prozesse zur Erzeugung hochenergetischer Photonen und zur ultraschnellen Manipulation von Information.

Die Erzeugung von Oberschwingungen höherer Ordnung in Gasen wird heutzutage routinemäßig in vielen verschiedenen Bereichen der Wissenschaften verwendet, von der Physik bis zur Chemie und Biologie. Dieses Phänomen des starken Feldes besteht darin, viele niederenergetische Photonen, die von einem sehr starken Laser kommen, in weniger Photonen mit einer höheren Energie umzuwandeln. Trotz des wachsenden Interesses an diesem Phänomen in Festkörpern wird der Mechanismus der Umwandlung von Licht für feste Materialien immer noch diskutiert.

Wissenschaftler des MPSD (Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie) und des CFEL (Zentrum für Freie-Elektronen-Laserforschung) in Hamburg nutzten modernste theoretische Simulationswerkzeuge, um das grundlegende Verständnis dieses Phänomens in Festkörpern zu fördern. Ihre Arbeit wird in Nature Communications veröffentlicht.

Wenn Atome und Moleküle mit starken Laserimpulsen wechselwirken, emittieren sie Oberschwingungen höherer Ordnung des fundamental treibenden Laserfeldes. Die hochharmonische Erzeugung (HHG) in Gasen wird heutzutage regelmäßig verwendet, um isolierte Attosekundenimpulse und kohärente Strahlung von sichtbaren bis zu weichen Röntgenstrahlen zu erzeugen. Wegen der höheren elektronischen Dichte sind Feststoffe ein vielversprechender Weg zu kompakten, helleren HHG-Quellen. Ihre Verwendung wird derzeit jedoch durch das Fehlen eines mikroskopischen Verständnisses des Mechanismus, der zu HHG von Feststoffen führt, behindert.

Forscher am MPSD und am CFEL haben jetzt gezeigt, dass es mit elliptisch polarisiertem Fahrlicht möglich ist, das komplexe Wechselspiel zwischen den beiden Mechanismen, die für HHG in Festkörpern verantwortlich sind, zu entschlüsseln. Sie haben anhand umfangreicher Simulationen gezeigt, wie diese beiden Mechanismen durch die Elliptizität des antreibenden Laserfeldes stark und unterschiedlich beeinflusst werden.

Das komplexe Zusammenspiel dieser Effekte kann verwendet werden, um harmonische Emissionen in Festkörpern abzustimmen und zu verbessern. Insbesondere haben sie gezeigt, dass die maximal erhaltene Photonenenergie unter Verwendung einer endlichen Elliptizität des ansteuernden Laserfeldes um bis zu 30% erhöht werden kann.

Sie demonstrierten auch die Möglichkeit, zirkular polarisierte Oberschwingungen mit alternierender Helizität aus einem einzigen zirkular polarisierten Ansteuerfeld zu erzeugen und somit einen neuen Weg für ein besseres Verständnis und Kontrolle von HHG in Festkörpern basierend auf Elliptizität zu eröffnen, mit faszinierenden neuen Möglichkeiten in der Spektroskopie magnetischer Materialien. Ihre Arbeiten zeigen, dass die Elliptizität einen zusätzlichen Drehknopf darstellt, um die Oberwellenerzeugung höherer Ordnung in Festkörpern experimentell zu steuern.

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