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物理威利斯人81818超快光学实验室团队在固体高次谐波的“电子潮汐”效应研究上取得重要进展
发布时间:2021-05-08

5月6日,物理威利斯人81818超快光学实验室兰鹏飞教授研究小组以“Dynamic Core Polarization in High Harmonic Generation from Solids: The Example of MgO Crystals,Physics Review Letters126,187401(2021)”为题在《物理评论快报》(Physics Review Letters)发表论文。我校为本论文第一单位,物理威利斯人81818青年教师李亮和博士生张银福为共同第一作者,兰鹏飞教授、陆培祥教授为论文的共同通讯作者。该项工作得到了强场超快光学基金委创新研究群体等项目的支持。

潮汐是周期性外场驱动系统中非常普遍的现象,例如地球和月球之间万有引力而引起的海洋潮汐和大气潮汐现象。在强激光场驱动下,固体材料中的电子密度分布也会随着电场的振荡呈现出周期性的涨落。我们将这一现象称为电子潮汐。由于电子潮汐效应,原子核及其周围的束缚态电子共同构成了具有动态极化的母核。母核的动态极化会引起其有效库伦势的变化,进而影响电子在外加激光场下的运动。因此,在强激光与物质相互作用过程中,电子潮汐起着不可忽视的作用。然而,在此前的研究中,为了理解强激光与物质相互作用过程,人们通常采用单电子近似的哈密顿量来研究系统对外加激光场的响应。固体高次谐波的物理过程通常被解释为电子在能带上的运动,能带采用无外场时恒定的能带。此时,电子密度涨落对高次谐波的影响并没有考虑,即忽略了外加激光场作用下母核状态的改变。

超快光学团队提出并实验证实了氧化镁晶体中电子潮汐效应在强激光与固体相互作用过程中起着不可或缺的作用。他们在实验上观测到MgO晶体产生高次谐波的各向异性的变化。在低激光强度时,MgO晶体高次谐波的方向依赖呈现四重对称性,跟晶体对称性一致。而随着激光强度增加,他们观测到新的各向异性。陆培祥团队利用量子轨迹系综模型,揭示了电子潮汐所构成的动态核极化在高次谐波产生过程中的作用,并指出了电子潮汐效应在高次谐波光谱中的特征信号。该工作不仅建立了微观电子动力学和高次谐波光谱之间的联系,并提供了一种潜在的方法用以测量外场作用下晶体内部的超快电荷迁移过程。此外,考虑到电子潮汐与驱动激光具有相同量级的振荡频率,因此,通过对电子潮汐的控制,还有望实现在飞秒甚至阿秒时间尺度控制晶体的光学及电子学特性。

文章全文:http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.187401

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