来自隧道内部的光：电子光驱运动的转向和监测研究进展

时间：2021-10-21 12:52:01 来源：

由于在强电磁场（红色）的激发下，与透明介电材料内部的光感应电子隧穿相关的电流发出的光（蓝色）。

在单个光周期的时间尺度上控制和监视物质内部电子的光驱动运动是超快光波电子学和基于激光的材料处理中的关键挑战。

柏林马克斯·伯恩研究所和罗斯托克大学的物理学家现在揭示了一种迄今为止被忽视的非线性光学机制，这种机制是由光在电介质内部电子引起的隧穿引起的。对于接近材料破坏阈值的强度，隧穿过程中产生的非线性电流成为明亮的光突发的主要来源，这是入射辐射的低次谐波。

这些发现刚刚发表在《自然物理学》上，大大扩展了对介电材料中光学非线性的基本理解，并扩大了其在信息处理和光基材料处理中的应用潜力。

我们当前对中等强度的非线性光学的理解基于所谓的Kerr非线性，它描述了紧密结合的电子在入射光场的影响下的非线性位移。当此光场的强度足够高，以使结合的电子从其基态中弹出时，此图片就会发生巨大变化。在入射光场的长波长处，这种情况与隧穿现象有关，隧穿现象是一种量子过程，在该过程中，电子执行经典的禁止通过光势和原子势的结合作用而形成的势垒的跃迁。

自1990年代以来，在加拿大科学家FrançoisBrunel的研究的引领下，出现在“隧道尽头”的电子运动被认为是重要的，电子的运动以最大的概率发生在光波的波峰处。光学非线性的来源。现在，这种情况发生了根本变化。

“在玻璃上进行的新实验中，我们可以证明，与量子力学隧穿过程相关的电流本身会产生光学非线性，从而超越了传统的布鲁内尔机理，”马克斯·伯恩非线性研究所的亚历山大·默米洛德·布隆丁博士解释说负责监督实验的光学和短脉冲光谱学。

在实验中，将具有不同波长和稍微不同的传播方向的两个超短光脉冲聚焦到一块薄玻璃板上，并对出现的光进行了时间和频率分辨分析。

通过对测量结果进行理论分析，可以确定造成这种排放的机理，该理论是由罗斯托克大学和马克斯·伯恩研究所工作的托马斯·芬内尔教授在DFG海森堡的框架下完成的。教授职位。Fennel解释说：“根据被称为有效非线性的量来分析测得的信号，对于将新的电离电流机制与其他可能的机制区分开并证明其优势至关重要。”

利用这项知识和在这项工作过程中开发的新颖的计量学方法进行的未来研究，可能使研究人员能够以空前的分辨率暂时性地解决和控制强介电质和雪崩介质材料，最终可能在单个时间尺度上光的循环。

参考：P.Jürgens，B.Liewehr，B.Kruse，C.Peltz，D.Engel，A.Husakou，T.Witting，M.Ivanov，“非晶态石英中强磁场引起的低阶谐波产生的起源”， MJJ Vrakking，T.Fennel和A.Mermillod-Blondin，2020年6月29日，自然物理学.DOI：
10.1038 / s41567-020-0943-4

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