Cientistas do MPSD e do CFEL demonstraram a possibilidade de usar um novo botão para controlar e otimizar a geração de harmônicos de alta ordem em materiais a granel, um dos processos físicos mais importantes para a geração de fótons de alta energia e para a manipulação ultrarrápida da informação.

A geração de harmônicos de alta ordem em gases é hoje rotineiramente usada em diversas áreas da ciência, variando de física, à química e biologia. Este fenômeno de campo forte consiste na conversão de muitos fótons de baixa energia provenientes de um laser muito forte, para menos fótons com uma energia mais alta. Apesar do crescente interesse neste fenômeno em sólidos, o mecanismo por trás da conversão de luz ainda está em debate para materiais sólidos.

Cientistas do MPSD (Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria) e do CFEL (Centro de Ciência do Laser de Elétrons Livres) em Hamburgo usaram ferramentas de simulação teórica de última geração para avançar na compreensão fundamental desse fenômeno em sólidos . Seu trabalho foi publicado na Nature Communications.

Quando átomos e moléculas interagem com fortes pulsos de laser, eles emitem harmônicos de alta ordem do campo de laser de condução fundamental. A geração de alta harmônica (HHG) em gases é regularmente usada hoje em dia para produzir pulsos de attossegundos isolados e radiação coerente que varia de raios X visíveis a suaves. Por causa de uma densidade eletrônica mais alta, sólidos são uma rota promissora para compactos, fontes de HHG mais brilhantes. Contudo, seu uso é atualmente dificultado pela falta de uma compreensão microscópica do mecanismo que leva ao HHG dos sólidos.

Pesquisadores do MPSD e CFEL já mostraram que, usando luz de direção elipticamente polarizada, é possível desvendar a complexa interação entre os dois mecanismos responsáveis ​​pelo HHG em sólidos. Por meio de extensas simulações de primeiros princípios, eles mostraram como esses dois mecanismos são fortemente e diferentemente afetados pela elipticidade do campo de laser propulsor.

A interação complexa entre esses efeitos pode ser usada para ajustar e melhorar a emissão harmônica em sólidos. Em particular, eles mostraram que a energia máxima obtida do fóton pode ser aumentada em até 30% usando uma elipticidade finita do campo de laser de direção.

Eles também demonstraram a possibilidade de gerar harmônicos circularmente polarizados com helicidade alternada a partir de um único campo de direção circularmente polarizado, abrindo assim um novo caminho para uma melhor compreensão e controle de HHG em sólidos com base na elipticidade, com novas oportunidades intrigantes na espectroscopia de materiais magnéticos. Seu trabalho mostra que a elipticidade fornece um botão adicional para controlar experimentalmente a geração de harmônicos de alta ordem em sólidos.