馬克斯·普朗克物質(zhì)結(jié)構(gòu)與動力學研究所(MPSD)的理論物理學家已經(jīng)證明了強激光、電子的運動及其自旋之間的耦合是如何影響超快時間尺度上的光的發(fā)射的。存在于各種物質(zhì)中的電子是帶電粒子，因此對光的應(yīng)用有反應(yīng)。當一個強烈的光場擊中一個固體時，電子經(jīng)歷了一個被稱為洛倫茲力的力，這個力驅(qū)動著它們，并誘發(fā)了一些反映材料特性的精致的動態(tài)變化。這反過來又導致電子發(fā)射不同波長的光，這種著名的現(xiàn)象稱為高次諧波產(chǎn)生。 V.`hk^V, k u m@cA
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&_ Cc 電子在光場的影響下究竟如何運動，取決于固體屬性的復雜混合物，包括其對稱性、拓撲結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)，以及光脈沖的性質(zhì)。此外，電子就像旋轉(zhuǎn)的陀螺。它們有一種順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)的傾向，這種特性在量子力學中被稱為電子的 “自旋”。 ,YM=?No f91]0B `C 在最近的一項研究中，MPSD的一個團隊承擔了一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，即了解光和電子的自旋如何在Na3Bi中相互作用，Na3Bi是一種被稱為狄拉克半金屬（石墨烯的三維類似物）的拓撲材料，通過一種被稱為自旋-軌道耦合的效應(yīng)。這種相對論效應(yīng)將粒子的自旋與它在一個電勢內(nèi)的運動聯(lián)系起來，這個電勢是強光可以在超快時間尺度上修改的。 Y G0/e#5 &M@ .d$<C 更好地理解自旋-軌道耦合是如何在這些時間尺度上影響電子動力學的，是理解復雜量子材料中電子動力學的重要一步，因為這種效應(yīng)經(jīng)常存在。事實上，正是自旋-軌道耦合常常使量子材料在未來的技術(shù)應(yīng)用中變得有趣。它有望帶來下一代的電子設(shè)備，即拓撲電子系統(tǒng)。 Awfd0L;9 C0w_pu 研究作者展示了自旋-軌道耦合如何影響固體電子帶內(nèi)電子的速度，有效地像一個取決于電子自旋的磁場一樣發(fā)揮作用。 Fu{VO~w
HqV55o5f' 他們證明了電子速度的變化如何影響Na3Bi中的電子動力學，而且這種影響有時會不利于高階諧波的產(chǎn)生。雖然這種材料是無磁的，但研究小組表明，電子的自旋對動力學很重要，因為它與電子感受到的電位相耦合，而電位被強烈的應(yīng)用光場改變。 hJ8&OCR } [x 7Rq_^ 另一個重要的發(fā)現(xiàn)是，自旋-軌道耦合可以改變所發(fā)射的高次諧波的特性，例如，它們的時間。這些變化包含了內(nèi)部電子動力學的關(guān)鍵信息。特別是，作者表明，由自旋電流給出的超快自旋動力學會被編碼在發(fā)射的光的屬性中。鑒于目前測量自旋電流具有挑戰(zhàn)性，這項研究為利用強光對自旋電流以及磁化動力學或量子材料中可能存在的不尋常的自旋紋理進行高諧波光譜研究開辟了有趣的前景。 Y_n/rD> )R
`d x 這項工作作為一個平臺，可以更好地理解強場驅(qū)動的固體中自旋軌道耦合、自旋電流、拓撲結(jié)構(gòu)和電子動力學之間的聯(lián)系--這是發(fā)展基于量子材料的petahertz電子產(chǎn)品的關(guān)鍵一步。
