Учените използват високохармонична спектроскопия, за да отключат електронната структура на свръхпроводници с високо налягане

Високото налягане е създало много нови състояния за кондензирана материя, разкривайки нови физични и химични явления. Сред тях откриването на свръхпроводимост при близка до стайната температура (Tc > 200 K) в хидриди с високо налягане като H3S и LaH10 привлече вниманието на учените.
Температурата на свръхпроводящ преход на свръхпроводниците с високо налягане се увеличава, но механизмът на свръхпроводимостта остава открит въпрос поради липсата на ефективни сонди и неизвестната електронна структура и ултрабързото динамично поведение в квантови състояния с високо налягане.
Генерирането на по-високи хармоници (HHG) е процес на преобразуване на падащ лазер в силно кохерентно лъчение при честота няколко пъти по-висока от честотата на лазера. Като типичен представител на нелинейната оптика, HHG в твърди тела произхожда от нелинейното задвижване на вътрешно- и междулентови електрони чрез взаимодействието лазер-материя със силно поле. В резултат на това HHG спектрите естествено съдържат пръстов отпечатък на атомните и електронни свойства в материала. Използвайки този нелинеен, непертурбативен динамичен процес, учените са в състояние да надникнат във вътрешната природа на материалите.
Наскоро екипът на Sheng Meng, изследовател в Института по физика на Китайската академия на науките/Национален изследователски център за физика на кондензираната материя в Пекин, изследва ултрабързата динамика на HHG в свръхпроводника с високо налягане H3S с помощта на първия принципи, съдържаща време, функционална теория на плътността и използване на неадиабатичен, съдържащ време, метод на молекулна динамика на функционална плътност и софтуер, разработен в групата. Установено е, че HHG в свръхпроводници с високо налягане е силно зависим от дължината на вълната и анизотропен, което показва, че процесът на HHG силно зависи от електронната структура. Изследван е времево-честотният анализ на HHG и е определен механизмът на динамиката на вътрешнолентово разсейване на хармоници от нисък ред. На тази основа, използвайки HHG спектри, се изследва за реконструкция на дисперсионната структура на енергийната лента близо до повърхността на Ферми. В допълнение, установено е, че има силна модулация на спектъра на HHG от кохерентни фонони, което показва чувствителността на процеса на HHG към електроакустично свързване. Използвайки спектъра на HHG, модулиран от кохерентни фонони, изследването допълнително реконструира силата на елемента на матрицата на електроакустичното свързване близо до повърхността на Ферми. Проучването разкрива, че взаимодействията на много тела (електроакустично свързване) в материалите имат значителен ефект върху поведението на електроните близо до енергийното ниво на Ферми. Това поддържа фононно-медииран механизъм за високоволтова свръхпроводимост и осигурява изцяло оптичен подход за изследване на електронната структура и електроакустичното свързване в високоволтови квантови състояния.
Резултатите от свързаните изследвания са публикувани като високохармонична спектроскопия в твърдо състояние за изследване на изцяло оптична лентова структура на квантови състояния с високо налягане, публикувана в Сборника на Националната академия на науките на Съединените американски щати (PNAS). Изследователската работа беше подкрепена от Националната ключова програма за научни изследвания и развитие на Китай, Националната природонаучна фондация на Китай и Стратегическия пилотен проект на Китайската академия на науките.