Los científicos del MPSD y CFEL han demostrado la posibilidad de utilizar una nueva perilla para controlar y optimizar la generación de armónicos de alto orden en materiales a granel, uno de los procesos físicos más importantes para generar fotones de alta energía y para la manipulación ultrarrápida de información.

La generación de armónicos de alto orden en gases se utiliza hoy en día de forma rutinaria en muchas áreas diferentes de las ciencias, que van desde la física, a la química y la biología. Este fenómeno de campo fuerte consiste en convertir muchos fotones de baja energía provenientes de un láser muy fuerte, a menos fotones con mayor energía. A pesar del creciente interés por este fenómeno en sólidos, el mecanismo detrás de la conversión de la luz todavía está en debate para los materiales sólidos.

Científicos del MPSD (Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia) y CFEL (Centro para la Ciencia del Láser de Electrones Libres) en Hamburgo utilizaron herramientas de simulación teórica de última generación para avanzar en la comprensión fundamental de este fenómeno en sólidos. . Su trabajo se publica en Nature Communications.

Cuando los átomos y las moléculas interactúan con fuertes pulsos de láser, emiten armónicos de alto orden del campo láser impulsor fundamental. La generación de altos armónicos (HHG) en gases se utiliza regularmente hoy en día para producir pulsos de attosegundos aislados y radiación coherente que van desde rayos X visibles a rayos X suaves. Debido a una mayor densidad electrónica, Los sólidos son una ruta prometedora hacia la compactación, fuentes de HHG más brillantes. Sin embargo, su uso se ve obstaculizado actualmente por la falta de una comprensión microscópica del mecanismo que conduce a la HHG de los sólidos.

Los investigadores del MPSD y CFEL ahora han demostrado que, mediante el uso de luz de conducción polarizada elípticamente, es posible desentrañar la compleja interacción entre los dos mecanismos responsables de la HHG en los sólidos. Por medio de extensas simulaciones de los primeros principios, han demostrado cómo estos dos mecanismos se ven afectados de manera fuerte y diferente por la elipticidad del campo láser impulsor.

La compleja interacción entre estos efectos se puede utilizar para sintonizar y mejorar la emisión de armónicos en sólidos. En particular, han demostrado que la energía fotónica máxima obtenida puede aumentarse hasta en un 30% utilizando una elipticidad finita del campo láser de conducción.

También demostraron la posibilidad de generar armónicos polarizados circularmente con helicidad alterna a partir de un solo campo de conducción polarizado circularmente, abriendo así una nueva vía para una mejor comprensión y control de HHG en sólidos basado en la elipticidad, con nuevas e interesantes oportunidades en la espectroscopia de materiales magnéticos. Su trabajo muestra que la elipticidad proporciona una perilla adicional para controlar experimentalmente la generación de armónicos de alto orden en sólidos.