Els científics utilitzen l'espectroscòpia d'alta harmònica per desbloquejar l'estructura electrònica dels superconductors d'alta pressió

L'alta pressió ha creat molts estats nous per a la matèria condensada, revelant nous fenòmens físics i químics. Entre ells, el descobriment de la superconductivitat propera a la temperatura ambient (Tc > 200 K) en hidrurs d'alta pressió com H3S i LaH10 ha cridat l'atenció dels científics.
La temperatura de transició superconductora dels superconductors d'alta pressió ha anat augmentant, però el mecanisme de superconductivitat segueix sent una qüestió oberta a causa de la manca de sondes efectives i l'estructura electrònica desconeguda i el comportament dinàmic ultra ràpid en estats quàntics d'alta pressió.
La generació d'harmònics superiors (HHG) és el procés de convertir un làser incident en una radiació coherent forta a diverses vegades la freqüència del làser. Com a representant típic de l'òptica no lineal, l'HHG en sòlids prové de la conducció no lineal d'electrons intrabanda i interbanda mitjançant la interacció làser-matèria de camp fort. Com a resultat, els espectres HHG contenen naturalment una empremta digital de les propietats atòmiques i electròniques del material. Utilitzant aquest procés dinàmic no lineal i no perturbador, els científics són capaços d'observar la naturalesa interna dels materials.
Recentment, l'equip de Sheng Meng, investigador de l'Institut de Física de l'Acadèmia Xinesa de Ciències/Centre Nacional d'Investigació de Física de la Matèria Condensada a Pequín, va explorar la dinàmica ultraràpida de HHG en el superconductor d'alta pressió H3S amb l'ajuda de primers. principis de la teoria de la densitat funcional que conté el temps i l'ús d'un mètode i programari de dinàmica molecular funcional de densitat que conté temps no adiabàtic desenvolupat al grup. Es troba que HHG en superconductors d'alta pressió depèn fortament de la longitud d'ona i anisòtrop, cosa que indica que el procés HHG depèn fortament de l'estructura electrònica. S'investiga l'anàlisi temps-freqüència de HHG i es determina el mecanisme de la dinàmica de dispersió en banda dels harmònics d'ordre baix. Sobre aquesta base, utilitzant espectres HHG, s'estudia reconstruir l'estructura de dispersió de la banda d'energia prop de la superfície de Fermi. A més, es troba que hi ha una forta modulació de l'espectre HHG per fonons coherents, cosa que indica la sensibilitat del procés HHG a l'acoblament electroacústic. Utilitzant l'espectre HHG modulat per fonons coherents, l'estudi reconstrueix encara més la força elemental de la matriu d'acoblament electroacústic prop de la superfície de Fermi. L'estudi revela que les interaccions de molts cossos (acoblament electroacústic) en materials tenen un efecte significatiu en el comportament dels electrons a prop del nivell d'energia de Fermi. Això admet un mecanisme mediat per fonons per a la superconductivitat d'alt voltatge i proporciona un enfocament totalment òptic per sondejar l'estructura electrònica i l'acoblament electroacústic en estats quàntics d'alt voltatge.
Els resultats de la investigació relacionats es publiquen com a Espectroscòpia d'alt harmònic d'estat sòlid per a la prova d'estructura de bandes òptiques d'estats quàntics d'alta pressió, publicat a Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS). El treball de recerca va comptar amb el suport del Programa Nacional de Recerca i Desenvolupament Clau de la Xina, la Fundació Nacional de Ciències Naturals de la Xina i el Projecte Pilot Estratègic de l'Acadèmia Xinesa de Ciències.