Spektroskopi Harmonik Tinggi Membuka Struktur Elektronik Superkonduktor Tegangan Tinggi

Tekanan tinggi telah menciptakan banyak keadaan baru pada materi yang terkondensasi, mengungkapkan fenomena fisik dan kimia baru yang menarik. Diantaranya, penemuan superkonduktivitas mendekati suhu kamar (Tc ＞ 200 K) dalam hidrida bertekanan tinggi seperti H3S dan LaH10 telah menarik minat dan perhatian yang besar.
Meskipun suhu transisi superkonduktor meningkat pada superkonduktor bertekanan tinggi, struktur elektronik dan perilaku dinamis ultracepat dalam keadaan kuantum bertekanan tinggi masih belum diketahui karena kurangnya probe yang efektif, dan mekanisme superkonduktivitasnya masih menjadi pertanyaan terbuka.
Pembangkitan harmonik yang lebih tinggi (HHG) adalah proses mengubah laser yang datang menjadi radiasi koheren yang kuat pada beberapa kali frekuensi laser. Sebagai perwakilan khas optik nonlinier, HHG dalam padatan berasal dari penggerak nonlinier elektron intra dan interband melalui interaksi materi laser medan kuat. Hasilnya, spektrum HHG secara alami mengandung sidik jari sifat atom dan elektronik pada material. Dengan memanfaatkan proses dinamis nonlinier dan nonperturbatif, seseorang dapat mengintip sifat internal material.
Baru-baru ini, kelompok peneliti Sheng Meng di Institut Fisika, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok/Pusat Penelitian Nasional untuk Fisika Benda Terkondensasi, Beijing, telah menyelidiki dinamika HHG ultracepat dalam superkonduktor H3S bertekanan tinggi dengan bantuan prinsip pertama yang mengandung waktu. teori fungsional kepadatan menggunakan metode dan perangkat lunak dinamika molekuler fungsional kepadatan (TDAP) yang mengandung waktu non-adiabatik yang dikembangkan oleh kelompok. Ditemukan bahwa HHG dalam superkonduktor bertekanan tinggi memiliki ketergantungan panjang gelombang yang kuat serta anisotropi (Gbr. 1), yang menunjukkan bahwa proses HHG sangat bergantung pada struktur elektronik. Analisis frekuensi waktu HHG menentukan mekanisme kinetik hamburan harmonik tingkat rendah dalam pita. Atas dasar ini, dengan menggunakan spektrum HHG, mereka merekonstruksi struktur dispersi pita energi di dekat permukaan Fermi (Gbr. 2). Selain itu, ditemukan bahwa terdapat modulasi yang kuat pada spektrum HHG oleh fonon yang koheren, yang menunjukkan sensitivitas proses HHG terhadap kopling elektroakustik. Dengan menggunakan spektrum HHG yang dimodulasi oleh fonon koheren, mereka selanjutnya merekonstruksi kekuatan unsur matriks kopling elektroakustik di dekat permukaan Fermi (Gbr. 3). Studi ini mengungkapkan bahwa interaksi banyak benda (kopling elektroakustik) dalam material memiliki pengaruh yang signifikan terhadap perilaku elektron di dekat tingkat energi Fermi. Hasil tersebut mendukung mekanisme superkonduktivitas tegangan tinggi yang dimediasi fonon dan memberikan pendekatan semua optik untuk menyelidiki struktur elektronik dan kopling elektroakustik dalam keadaan kuantum tegangan tinggi.
Hasil penelitian terkait dirangkum sebagai "Spektroskopi harmonik tinggi keadaan padat untuk pemeriksaan struktur pita semua optik dari Spektroskopi harmonik tinggi keadaan padat untuk pemeriksaan struktur pita semua optik keadaan kuantum tekanan tinggi" diterbitkan dalam Prosiding dari Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional Amerika Serikat (PNAS). Shiqi Hu, rekan pascadoktoral di Institut Fisika, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (IPS), adalah penulis pertama karya tersebut, dan Sheng Meng, seorang peneliti di IPS, adalah penulis terkait. Turut terlibat dalam pekerjaan ini adalah mahasiswa PhD Daqiang Chen dan mahasiswa PhD Lanlin Du. Penelitian ini didukung oleh Program Penelitian dan Pengembangan Utama Kementerian Sains dan Teknologi, Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok, dan Proyek Percontohan Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok.

Gambar 1. Pembangkitan harmonik tinggi pada superkonduktor tegangan tinggi H3S.

Gambar 2. Rekonstruksi struktur pita energi pada H3S menggunakan spektrum harmonik tinggi.

Gambar 3. Rekonstruksi informasi kopling elektroakustik pada H3S menggunakan spektrum harmonik tinggi.