科学者は高調波分光法を使用して高圧超伝導体の電子構造を解明

高圧は凝縮物質に多くの新しい状態を生み出し、新しい物理的および化学的現象を明らかにします。 中でも、H3SやLaH10などの高圧水素化物における室温付近の超伝導（Tc＞200K）の発見は科学者の注目を集めています。
高圧超電導体の超電導転移温度は上昇しているが、有効なプローブが不足していること、高圧量子状態における電子構造や超高速の動的挙動が未知であることなどから、超電導のメカニズムは未解決のままである。
高調波発生 (HHG) は、入射レーザーをレーザー周波数の数倍の強力なコヒーレント放射に変換するプロセスです。 非線形光学の典型的な代表例として、固体中の HHG は、強磁場レーザーと物質の相互作用によるバンド内およびバンド間の電子の非線形駆動に由来します。 その結果、HHG スペクトルには、材料内の原子および電子特性の指紋が自然に含まれます。 この非線形、非摂動的な力学プロセスを利用して、科学者は材料の内部性質を調べることができます。
最近、中国科学院物理研究所/北京の国立物性物理学研究センターの研究者 Sheng Meng 氏のチームは、初の時間含有密度汎関数理論の原理と、グループ内で開発された非断熱時間含有密度汎関数分子動力学法およびソフトウェアの使用。 高圧超伝導体中の HHG は波長に強く依存し、異方性があることがわかり、HHG プロセスが電子構造に強く依存することがわかりました。 HHG の時間周波数解析が調査され、低次高調波の帯域内散乱ダイナミクスのメカニズムが決定されます。 これに基づいて、HHG スペクトルを使用して、フェルミ面近傍のエネルギーバンド分散構造を再構築することが研究されています。 さらに、コヒーレントフォノンによる HHG スペクトルの強い変調があることがわかり、電気音響結合に対する HHG プロセスの感度が示されています。 この研究では、コヒーレントフォノンによって変調されたHHGスペクトルを使用して、フェルミ面付近の電気音響結合行列の元素強度をさらに再構築しました。 この研究は、材料内の多体相互作用 (電気音響結合) がフェルミ エネルギー準位付近の電子の挙動に重大な影響を与えることを明らかにしました。 これは、高電圧超伝導のフォノン媒介機構をサポートし、高電圧量子状態における電子構造と電気音響結合を調べるための全光学的アプローチを提供します。
関連する研究結果は、「高圧量子状態の全光バンド構造探査のための固体高調波分光法」として、米国科学アカデミー紀要 (PNAS) に掲載されています。 この研究活動は、中国国家重点研究開発プログラム、中国国家自然科学財団、中国科学院の戦略的パイロットプロジェクトによって支援された。