Para saintis Menggunakan Spektroskopi Harmonik Tinggi Untuk Membuka Kunci Struktur Elektronik Superkonduktor Bertekanan Tinggi

Tekanan tinggi telah mencipta banyak keadaan baru untuk bahan pekat, mendedahkan fenomena fizikal dan kimia baharu. Antaranya, penemuan superkonduktiviti suhu hampir bilik (Tc＞ 200 K) dalam hidrida tekanan tinggi seperti H3S dan LaH10 telah menarik perhatian saintis.
Suhu peralihan superkonduktor superkonduktor tekanan tinggi telah meningkat, tetapi mekanisme superkonduktiviti masih menjadi persoalan terbuka kerana kekurangan probe berkesan dan struktur elektronik yang tidak diketahui dan tingkah laku dinamik ultra cepat dalam keadaan kuantum tekanan tinggi.
Penjanaan harmonik yang lebih tinggi (HHG) ialah proses menukar laser kejadian kepada sinaran koheren yang kuat pada beberapa kali frekuensi laser. Sebagai wakil tipikal optik tak linear, HHG dalam pepejal berasal daripada pemacu tak linear elektron intra dan antara jalur oleh interaksi bahan laser medan kuat. Akibatnya, spektrum HHG secara semula jadi mengandungi cap jari sifat atom dan elektronik dalam bahan. Dengan menggunakan proses dinamik tidak linear dan tidak mengganggu ini, saintis dapat melihat sifat dalaman bahan.
Baru-baru ini, pasukan Sheng Meng, seorang penyelidik di Institut Fizik Akademi Sains China/Pusat Penyelidikan Kebangsaan bagi Fizik Bahan Pekat di Beijing, meneroka dinamik HHG ultra cepat dalam superkonduktor H3S tekanan tinggi dengan bantuan pertama- prinsip teori ketumpatan-berfungsi mengandungi masa dan penggunaan kaedah dinamik molekul ketumpatan-berfungsi bukan adiabatik dan perisian yang dibangunkan dalam kumpulan. Didapati bahawa HHG dalam superkonduktor tekanan tinggi sangat bergantung pada panjang gelombang dan anisotropik, menunjukkan bahawa proses HHG sangat bergantung pada struktur elektronik. Analisis kekerapan masa HHG disiasat dan mekanisme dinamik serakan dalam jalur harmonik tertib rendah ditentukan. Atas dasar ini, menggunakan spektrum HHG, ia dikaji untuk membina semula struktur penyebaran jalur tenaga berhampiran permukaan Fermi. Di samping itu, didapati terdapat modulasi kuat spektrum HHG oleh fonon koheren, menunjukkan kepekaan proses HHG kepada gandingan elektroakustik. Menggunakan spektrum HHG yang dimodulasi oleh fonon koheren, kajian itu membina semula kekuatan unsur matriks gandingan elektroakustik berhampiran permukaan Fermi. Kajian itu mendedahkan bahawa interaksi banyak badan (gandingan elektroakustik) dalam bahan mempunyai kesan yang ketara ke atas tingkah laku elektron berhampiran tahap tenaga Fermi. Ini menyokong mekanisme pengantara fonon untuk superkonduktiviti voltan tinggi dan menyediakan pendekatan semua optik untuk menyiasat struktur elektronik dan gandingan elektroakustik dalam keadaan kuantum voltan tinggi.
Hasil penyelidikan berkaitan diterbitkan sebagai spektroskopi harmonik tinggi keadaan pepejal untuk penyelidikan struktur jalur optik semua keadaan kuantum tekanan tinggi, diterbitkan dalam Prosiding Akademi Sains Kebangsaan Amerika Syarikat (PNAS). Kerja penyelidikan itu disokong oleh Program Penyelidikan dan Pembangunan Utama Negara China, Yayasan Sains Semula Jadi Kebangsaan China, dan Projek Perintis Strategik Akademi Sains China.