Cientistas de DESY e MPSD criaram harmônicos de alta ordem a partir de sólidos com estados de polarização controlados, aproveitando a simetria do cristal e a dinâmica eletrônica de attossegundo. A técnica recentemente demonstrada pode encontrar aplicações intrigantes em eletrônica petahertz e para estudos espectroscópicos de novos materiais quânticos.

O processo não linear de geração de harmônicos de alta ordem (HHG) em gases é um dos pilares da ciência do attossegundo. Um attossegundo é um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo) e é amplamente utilizado em muitas áreas da ciência, incluindo física, química e biologia. Este fenômeno de campo forte converte muitos fótons de baixa energia de um pulso de laser intenso em um fóton de energia muito mais alta. Considerando que o processo de HHG é bem conhecido em gases atômicos e moleculares, o mecanismo subjacente à conversão de frequência em materiais sólidos ainda é objeto de controvérsia científica.

Ao combinar experimentos de HHG e simulações teóricas de última geração, cientistas do Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) e do Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria (MPSD) no Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) em Hamburgo agora introduzem a espectroscopia de alta harmônica resolvida no estado de polarização de sólidos, o que permite insights mais profundos sobre a dinâmica eletrônica e estrutural que ocorre em escalas de tempo mais curtas do que uma oscilação do campo de luz. Seu trabalho foi publicado em Nature Communications .

Os campos harmônicos emitidos podem oscilar de forma linear, ou eles podem girar elíptica ou circularmente no sentido horário ou anti-horário (a chamada helicidade) - exatamente como um parafuso de luz. Os cientistas agora revelam como os estados de polarização dos harmônicos e sua destreza codificam informações valiosas sobre a estrutura do cristal e a dinâmica de campo forte ultrarrápida, e como os estados de polarização dos harmônicos podem ser controlados. Além disso, uma vez que os harmônicos são criados dentro de um único período do campo de direção do incidente, o método inerentemente vem com uma resolução temporal de ciclo sub-óptico.

O presente trabalho investiga os materiais protótipo silício e quartzo para estabelecer a nova técnica espectroscópica. No entanto, o método é versátil e espera-se que encontre aplicações importantes em estudos futuros de novos materiais quânticos, como materiais fortemente correlacionados, isolantes topológicos, e materiais magnéticos.