Hoge druk heeft verrassende natuurkunde aan het licht gebracht en nieuwe toestanden in gecondenseerde materie gecreëerd. Spannende voorbeelden zijn onder meer supergeleiding bij kamertemperatuur (T_c> 200 K) in hogedrukhydriden zoals H₃ S en LaH₁₀ .

Hoewel de supergeleidende overgangstemperatuur van hogedruk-supergeleiders voortdurend toeneemt, blijft het mechanisme van supergeleiding bij zulke hoge drukken een open vraag. Kennis van de eigenschappen en ultrasnelle dynamica van elektronen en quasideeltjes in kwantumtoestanden onder hoge druk ontbreekt.

Hoge harmonische generatie (HHG) is de opwaartse conversie van laserlicht naar straling die wordt overgedragen op veelvouden van de laserfrequentie. HHG in vaste stoffen vindt zijn oorsprong in de niet-lineaire aansturing van elektronen binnen en tussen elektronische banden door sterke veldlicht-materie-interacties. Daarom bevat HHG-spectroscopie van nature vingerafdrukken van intrinsieke atomaire en elektronische eigenschappen van materialen. Er is veel opwinding bij het leren over materiaaleigenschappen via deze niet-lineaire, niet-storende laser-materie-interactie.

Met behulp van de modernste, tijdsafhankelijke dichtheidsfunctionele theoriesimulaties heeft de groep van prof. Meng Sheng van het Institute of Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen de ultrasnelle HHG-dynamica in de hogedruksupergeleider H₃ S.

De onderzoekers ontdekten dat HHG in hogedruksupergeleiders sterk afhankelijk is van de elektronische structuren en de elektron-fononkoppeling (EPC). De studie, getiteld "Solid-state high harmonic spectroscopie for all-optical band structure probing of high-press quantum states", is gepubliceerd in PNAS .

Met behulp van HHG-spectroscopie hebben ze de banddispersie en EPC bepaald en de significante invloed van de veeldeeltjes-EPC op het elektronengedrag nabij het Fermi-niveau onthuld.

Hun resultaten ondersteunen het fonon-gemedieerde mechanisme gebaseerd op de EPC van hogedruk-supergeleiding, en bieden een volledig optische benadering om de banddispersie en EPC van hogedruk-kwantumtoestanden te onderzoeken.

Meer informatie: Shi-Qi Hu et al, Solid-state hoogharmonische spectroscopie voor volledig optische bandstructuuronderzoek van kwantumstaten onder hoge druk, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2316775121

Journaalinformatie: Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen