Научници користе спектроскопију високог хармонија да откључају електронску структуру суперпроводника високог притиска

Висок притисак је створио многа нова стања за кондензовану материју, откривајући нове физичке и хемијске феномене. Међу њима, откриће суправодљивости при собној температури (Тц＞ 200 К) у хидридима високог притиска као што су Х3С и ЛаХ10 привукло је пажњу научника.
Суперпроводна прелазна температура суперпроводника високог притиска расте, али механизам суправодљивости остаје отворено питање због недостатка ефикасних сонди и непознате електронске структуре и ултрабрзог динамичког понашања у квантним стањима високог притиска.
Генерисање виших хармоника (ХХГ) је процес претварања упадног ласера ​​у јако кохерентно зрачење на неколико пута већој фреквенцији ласера. Као типичан представник нелинеарне оптике, ХХГ у чврстим телима потиче од нелинеарног покретања унутар- и међупојасних електрона интеракцијом ласера ​​и материје јаког поља. Као резултат, ХХГ спектри природно садрже отисак прста атомских и електронских својстава у материјалу. Користећи овај нелинеарни, непертурбативни динамички процес, научници су у могућности да завире у унутрашњу природу материјала.
Недавно је тим Шенг Менга, истраживача на Институту за физику Кинеске академије наука/Националног истраживачког центра за физику кондензоване материје у Пекингу, истражио ултрабрзу ХХГ динамику у суперпроводнику високог притиска Х3С уз помоћ првог- принципи теорије функционалне густине која садржи време и коришћење неадијабатске методе молекуларне динамике функционалне густине која садржи време и софтвера развијеног у групи. Утврђено је да је ХХГ у суперпроводницима високог притиска снажно зависан од таласне дужине и анизотропан, што указује да ХХГ процес снажно зависи од електронске структуре. Истражује се временско-фреквенцијска анализа ХХГ и утврђује механизам динамике унутарпојасног расејања хармоника нижег реда. На основу тога, користећи ХХГ спектре, проучава се да се реконструише дисперзиона структура енергетског појаса у близини Фермијеве површине. Поред тога, утврђено је да постоји јака модулација ХХГ спектра кохерентним фононима, што указује на осетљивост ХХГ процеса на електроакустичко спајање. Користећи ХХГ спектар модулиран кохерентним фононима, студија даље реконструише елементарну снагу матрице електроакустичког спрега у близини Фермијеве површине. Студија открива да интеракције више тела (електроакустично спајање) у материјалима имају значајан утицај на понашање електрона у близини Фермијевог енергетског нивоа. Ово подржава фононски посредовани механизам за високонапонску суправодљивост и обезбеђује потпуно оптички приступ за испитивање електронске структуре и електроакустичке спреге у високонапонским квантним стањима.
Сродни резултати истраживања су објављени као Солид-стате хигх хармониц спецтросцопи за испитивање потпуно оптичких трака квантних стања високог притиска, објављено у Процеедингс оф тхе Натионал Ацадеми оф Сциенцес оф тхе Унитед Статес оф Америца (ПНАС). Истраживачки рад је подржан од стране Националног кључног истраживачког и развојног програма Кине, Националне фондације за природне науке Кине и Стратешког пилот пројекта Кинеске академије наука.