Los investigadores de Cornell han desarrollado nanoestructuras que permiten una conversión sin precedentes de pulsos láser en una generación de altos armónicos. allanando el camino para nuevas herramientas científicas para la obtención de imágenes de alta resolución y el estudio de los procesos físicos que ocurren a la escala de un attosegundo.

La generación de altos armónicos se ha utilizado durante mucho tiempo para fusionar fotones de un láser pulsante en uno, fotón ultracorto con mucha más energía, produciendo rayos X y luz ultravioleta extrema que se utilizan para una variedad de propósitos científicos. Tradicionalmente, los gases se han utilizado como fuentes de armónicos, pero un equipo de investigación dirigido por Gennady Shvets, profesor de física aplicada e ingeniería en la Facultad de Ingeniería, ha demostrado que las nanoestructuras diseñadas tienen un futuro brillante para esta aplicación.

La investigación se detalla en el artículo "Generación de armónicos altos pares e impares en metauperficies resonantes utilizando pulsos de láser ultraintensos únicos y múltiples, "publicado el 7 de julio en Comunicaciones de la naturaleza . Maxim Shcherbakov, quien realizó la investigación como asociado postdoctoral de Cornell antes de convertirse en profesor asistente en la Universidad de California, Irvine, es el autor principal.

Las nanoestructuras creadas por el equipo forman una metasuperficie resonante ultrafina de fosfuro de galio que supera muchos de los problemas habituales asociados con la generación de altos armónicos en gases y otros sólidos. El material de fosfuro de galio permite armónicos de todos los órdenes sin reabsorberlos, y la estructura especializada puede interactuar con todo el espectro de luz del pulso láser.

"Lograr esta ingeniería requerida de la estructura de la metasuperficie mediante simulaciones de onda completa, ", Dijo Shcherbakov." Seleccionamos cuidadosamente los parámetros de las partículas de fosfuro de galio para cumplir con esta condición, y luego se necesitó un flujo de nanofabricación personalizado para sacarlo a la luz ".

El resultado son nanoestructuras capaces de generar armónicos pares e impares, una limitación de la mayoría de los otros materiales armónicos, que cubren una amplia gama de energías fotónicas entre 1,3 y 3 electronvoltios. La eficiencia de conversión sin precedentes permite a los científicos observar la dinámica molecular y electrónica dentro de un material con solo un disparo de láser. ayudando a preservar muestras que de otro modo podrían degradarse por múltiples disparos de alta potencia.

El estudio es el primero en observar la radiación generada con altos armónicos a partir de un solo pulso de láser, lo que permitió que la metasuperficie resistiera poderes elevados, de cinco a 10 veces más altos que los mostrados anteriormente en otras metasuperficies.

"Abre nuevas oportunidades para estudiar la materia en campos ultra altos, un régimen que antes no era fácilmente accesible, ", Dijo Shcherbakov." Con nuestro método, imaginamos que las personas pueden estudiar materiales más allá de las metasuperficies, incluyendo pero no limitado a cristales, Materiales 2D, átomos individuales, redes atómicas artificiales y otros sistemas cuánticos ".

Ahora que el equipo de investigación ha demostrado las ventajas de utilizar nanoestructuras para la generación de altos armónicos, espera mejorar los dispositivos e instalaciones de alto armónico apilando las nanoestructuras juntas para reemplazar una fuente de estado sólido, como cristales.