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近日，精密測量院激光誘導超快電子動力學課題組在準晶高次諧波研究方面取得了重要進展。研究團隊打通了強場超快物理與準晶研究領域的壁壘，理論研究了準晶作為超快光源方面的機理和優越性，相關成果發表在學術期刊Phys. Rev. Lett.上。
高次諧波是激光與物質相互作用時的極端非線性頻率上轉換過程，在獲得極紫外光源、超短阿秒脈沖等方面具有重要的應用價值。另一方面，高次諧波編碼了電子阿秒時間尺度下的動力學信息，能夠反映物質的微觀結構。已有的研究表明氣體、等離子體、晶體和液體均能夠產生高次諧波輻射。氣體高次諧波光子能量高，但介質密度低，使得其產率較低。近年來，研究人員將目光轉向了晶體高次諧波輻射的研究，但晶體較低的損傷閾值限制了高能光子的產生。液體雖然可以承受更高的光強，但其結構的無序性也限制了高能諧波光子的產生。準晶具有有序性，但不具有平移對稱性，該體系在強場超快激光作用下的高次諧波輻射研究一直是一片空白。
精密測量院激光誘導超快電子動力學課題組一直致力于氣體、晶體和液體高次諧波理論的研究，并做出了一系列有影響力的原創性成果。準晶平移周期性的破缺對于諧波輻射而言是機遇也是挑戰，晶體的能帶理論不再簡單適用。研究團隊通過Fibonacci準晶入手，經過數值模擬和數學推導，發現Fibonacci準晶中電子的運動近似滿足動量空間的加速定理。同時，從準晶明銳的布拉格衍射峰出發，團隊發現準晶分形的能帶結構可以通過平移有效晶體的能帶而進行重構，有利于準晶中電子動力學信息的提取。該項研究表明準晶分形的能帶結構導致更多電子激發通道和更頻繁的背向散射，進而使得準晶具有高次諧波產率高、最大光子能量高、波長依賴敏感等優勢，有望成為一種新的可集成的固態超快光源，并成為一個全新的研究領域。
（a）Fibonacci數列（兔子問題）與Fibonacci準晶之間的關系示意圖。（b）Fibonacci準晶高次諧波示意圖
精密測量院博士研究生劉佳奇為第一作者，研究員卞學濱為通訊作者。