وقتی یک میدان لیزری قوی (موج طرف چپ) با جامد بلورین (سفید) برهم‌کنش کند، میدان‌های هماهنگی مرتبه بالاتر (در طرف راست) گسیل می‌شوند که حالت قطبش آن‌ها (خطی، بیضوی یا دایره‌ای) را تقارن بلور تعیین می‌کند و می‌توان آن‌ها را با دینامیک میدان قوی کنترل کرد. طرح رنگی شکل بیضوی بودن هماهنگ نهم سیلیسیم را نشان می‌دهد.
دانشمندان ۳DESY و ۴MPSD هماهنگ‌های مرتبه بالاتر جامدات را با کنترل حالت‌های قطبش و با استفاده از تقارن بلور و دینامیک الکترونیک اتوثانیه (s ۱۰-۱۸) به دست آورده‌اند. این روش می‌تواند کاربردهای جالب توجهی در الکترونیک پتاهرتز (HZ ۱۰۱۵) یا بررسی‌های اسپکتروسکوپی مواد کوانتومی جدید داشته باشد.
فرایند تولید غیرخطی هماهنگ‌های مرتبه بالا در گازها (HHG) یکی از پایه‌های علوم اتوثانیه را تشکیل می‌دهد. یک اتوثانیه یک میلیاردیم میلیاردیم ثانیه است و در بسیاری از حوزه‌های علم، از جمله فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی به‌کار می‌رود. این پدیده میدان قوی بسیاری از فوتون‌های کم‌انرژی یک تپ لیزری شدید را به فوتون با انرژی بیشتر تبدیل می‌کند. در حالی‌که فرایند HHG در گازهای اتمی و مولکولی کاملاً شناخته نشده است، اما در مورد سازوکار تبدیل بسامد در مواد جامد هنوز جر و بحث‌های زیادی وجود دارد.
دانشمندان با استفاده از آزمایش‌های HHG و شبیه‌سازی‌های نظری پیشرفته اکنون توانسته‌اند شناخت عمیق‌تری از الکترونیک و دینامیک ساختاری در مقیاس‌های کوتاه‌تر از یک نوسان میدان نور به دست آورند. این کار در مجله نیچر کامیونیکیشنز۵ چاپ شده است.
میدان‌های هماهنگ گسیل‌شده می‌توانند به‌طور خطی نوسان کنند، یا به‌طور بیضوی یا دایره‌ای در جهت ساعتگرد یا پادساعتگرد (درست مثل یک پیچ نوری) بچرخند. دانشمندان اکنون نشان داده‌اند که چگونه هماهنگ‌های حالت‌های قطبش و دستگردی آن‌ها اطلاعات با ارزشی در مورد ساختار بلور و دینامیک بسیار سریع میدان‌های قوی در اختیار می‌گذارد، و چگونه می‌توان این هماهنگ‌های حالت‌های قطبش را کنترل کرد.
به علاوه، چون این هماهنگ‌ها در یک دوره میدان محرک فرودی به وجود می‌آیند، این روش دارای توان تفکیک زمانی کوچک‌تر از چیزی است که بتوان با چشم غیرمسلح دید.
این کار مواد سیلیسیم و کوارتز را برای به وجود آوردن روش‌های اسپکتروسکوپی جدید بررسی می‌کند. اما روشی چندمنظوره است و انتظار می‌رود کاربردهای مهمی در بررسی‌های آتی مواد کوانتومی جدید مانند مواد همبسته قوی، عایق‌های توپولوژیک و مواد مغناطیسی داشته باشد.
پی‌نوشت‌ها
1. Oliver Mȕcke
2. Jenny Witt
3. German Electron Synchrotron DESY
4. Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matler
5. Nature Communications
منبع
Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter