新聞科研進(jìn)展
精密測量院在固體高次諧波中的有效質(zhì)量奇點(diǎn)效應(yīng)研究方面取得重要進(jìn)展
粒子的質(zhì)量反映了其在外力作用下的響應(yīng)能力，在非相對論框架下其質(zhì)量保持恒定不變。而在晶體中，電子以周期性的布洛赫波的本征形式存在，同時(shí)其波包在外場中的運(yùn)動又表現(xiàn)出粒子屬性。激光作用下的電子與空穴的有效質(zhì)量則由其攜帶的晶格動量及所在能帶的色散關(guān)系共同決定，其數(shù)值非恒定且可以覆蓋整個(gè)實(shí)數(shù)域。有趣的是，有效質(zhì)量在從正值變?yōu)樨?fù)值時(shí)，并非逐漸過渡，而是通過正無窮突變?yōu)樨?fù)無窮，出現(xiàn)所謂的“有效質(zhì)量奇點(diǎn)”。然而，在過往關(guān)于固體中電子超快動力學(xué)和高次諧波輻射的研究中，這一重要物理量往往被忽略。
高次諧波是將低能光子轉(zhuǎn)換為高能光子的非線性光學(xué)現(xiàn)象，對理解和控制固體內(nèi)的超快過程意義重大。其有望在固體中產(chǎn)生極短的阿秒脈沖，從而為新型超快光源的發(fā)展提供平臺。這一諧波輻射過程對電子運(yùn)動和能帶結(jié)構(gòu)極為敏感，使得我們可以借此探測材料內(nèi)部的電子行為并揭示材料的拓?fù)涮匦裕瑸樵O(shè)計(jì)高頻、高效率的光電子器件提供理論依據(jù)。
固體高次諧波產(chǎn)生示意圖
近日，精密測量院激光誘導(dǎo)超快電子動力學(xué)研究組通過模擬激光與一維SSH鏈晶體相互作用時(shí)的高次諧波輻射現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)原胞內(nèi)和原胞間的諧波在有效質(zhì)量奇點(diǎn)處發(fā)生π相位跳變，導(dǎo)致原本正有效質(zhì)量區(qū)域中的完全相長干涉轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)有效質(zhì)量區(qū)域中的完全相消干涉。與此同時(shí)，當(dāng)入射激光的偏振方向沿二維氮化硼中鏡像對稱破缺的方向時(shí)，也觀察到了類似現(xiàn)象，而在鏡像對稱保持的方向則未見此現(xiàn)象。這項(xiàng)研究表明，有效質(zhì)量在電子空穴對復(fù)碰并輻射諧波過程中扮演著關(guān)鍵角色，尤其在考慮固體諧波的取向特性時(shí)的意義尤為突出。
該項(xiàng)成果是激光誘導(dǎo)超快電子動力學(xué)團(tuán)隊(duì)在晶體強(qiáng)場超快動力學(xué)領(lǐng)域取得的重要理論進(jìn)展，并以“Mass-Singularity-Induced Phase Jump in High-Harmonic Generation from Symmetry-Breaking Crystals”為題發(fā)表在《物理評論快報(bào)》（Phys. Rev. Lett.）上，博士后陳家享為第一作者，研究員卞學(xué)濱為通訊作者。
該研究得到了湖北省創(chuàng)新群體項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.186901