Bilim Adamları Yüksek Basınçlı Süper İletkenlerin Elektronik Yapısını Çözmek İçin Yüksek Harmonik Spektroskopiyi Kullanıyor

Yüksek basınç, yoğunlaşmış madde için birçok yeni durum yaratarak yeni fiziksel ve kimyasal olguları ortaya çıkardı. Bunlar arasında, H3S ve LaH10 gibi yüksek basınçlı hidritlerde oda sıcaklığına yakın süper iletkenliğin (Tc> 200 K) keşfi bilim adamlarının dikkatini çekti.
Yüksek basınçlı süperiletkenlerin süperiletken geçiş sıcaklığı artıyor, ancak süperiletkenlik mekanizması, etkili probların bulunmaması ve bilinmeyen elektronik yapı ve yüksek basınçlı kuantum durumlarında ultra hızlı dinamik davranış nedeniyle açık bir soru olmaya devam ediyor.
Yüksek harmonik üretimi (HHG), gelen bir lazeri, lazer frekansının birkaç katı güçlü tutarlı radyasyona dönüştürme işlemidir. Doğrusal olmayan optiğin tipik bir temsilcisi olarak katılardaki HHG, güçlü alan lazer-madde etkileşimi ile bant içi ve bantlar arası elektronların doğrusal olmayan sürüşünden kaynaklanır. Sonuç olarak HHG spektrumları doğal olarak malzemedeki atomik ve elektronik özelliklerin parmak izini içerir. Bu doğrusal olmayan, pertürbatif olmayan dinamik süreçten yararlanan bilim insanları, malzemelerin iç doğasına bakabiliyorlar.
Son zamanlarda, Pekin'deki Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü/Ulusal Yoğun Madde Fiziği Araştırma Merkezi'nde araştırmacı olan Sheng Meng'in ekibi, yüksek basınçlı süperiletken H3S'deki ultra hızlı HHG dinamiklerini ilk kez yardımıyla araştırdı. zaman içeren yoğunluk-fonksiyonel teorisinin prensipleri ve adyabatik olmayan, zaman içeren yoğunluk-fonksiyonel moleküler dinamik yönteminin ve grupta geliştirilen yazılımın kullanılması. Yüksek basınçlı süper iletkenlerdeki HHG'nin güçlü bir şekilde dalga boyuna bağımlı ve anizotropik olduğu bulunmuştur; bu, HHG işleminin güçlü bir şekilde elektronik yapıya bağlı olduğunu gösterir. HHG'nin zaman-frekans analizi incelenmiş ve düşük dereceli harmoniklerin bant içi saçılma dinamiklerinin mekanizması belirlenmiştir. Bu temelde, HHG spektrumları kullanılarak Fermi yüzeyine yakın enerji bandı dağılım yapısının yeniden yapılandırılması üzerinde çalışılmaktadır. Ek olarak, HHG işleminin elektroakustik bağlanmaya duyarlılığını gösteren, tutarlı fononlar tarafından HHG spektrumunda güçlü bir modülasyonun olduğu bulunmuştur. Tutarlı fononlar tarafından modüle edilen HHG spektrumunu kullanan çalışma, Fermi yüzeyi yakınındaki elektroakustik bağlantı matrisi element gücünü daha da yeniden yapılandırıyor. Çalışma, malzemelerdeki çoklu cisim etkileşimlerinin (elektroakustik bağlantı), Fermi enerji seviyesine yakın elektronların davranışları üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu ortaya koyuyor. Bu, yüksek voltaj süper iletkenliği için fonon aracılı bir mekanizmayı destekler ve yüksek voltaj kuantum durumlarında elektronik yapıyı ve elektroakustik eşleşmeyi araştırmak için tamamen optik bir yaklaşım sağlar.
İlgili araştırma sonuçları, Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi (PNAS) Bildiriler Kitabı'nda yayınlanan, yüksek basınçlı kuantum durumlarının tüm optik bant yapısını araştıran katı hal yüksek harmonik spektroskopisi olarak yayınlanmıştır. Araştırma çalışması Çin Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı ve Çin Bilimler Akademisi Stratejik Pilot Projesi tarafından desteklendi.