レーザーパルスを高調波に変換できる新しいタイプのナノ構造が誕生しました

コーネル大学の研究者は、レーザーパルスを高調波に変換できるナノ構造を開発し、高解像度のイメージングとアト秒の物理プロセスの研究のための新しい科学ツールへの道を開きました。

長い間、高次高調波発生は、パルスレーザーの光子をより高いエネルギーの超短光子に結合して、さまざまな科学的目的のために極紫外線とX線を生成するために使用されてきました。伝統的に、ガスは高調波源として使用されてきましたが、工学部の応用物理学および工学物理学の教授であるGennady Shvetsが率いる研究チームは、工学ナノ構造がこの点で明るい未来を持っていることを示しました。



チームによって作成されたナノ構造は、ガスやその他の固体での高次高調波発生の多くの一般的な問題を克服する、極薄の共鳴リン化ガリウム超表面を構成します。リン化ガリウム材料は、再吸収することなくすべての次数の高調波を生成でき、この特殊な構造は、レーザーパルスのスペクトル全体と相互作用することができます。

研究の筆頭著者であるMaximShcherbakov（Maxim Shcherbakov）は、「この目標を達成するには、全波シミュレーションを使用してメタ表面構造を設計する必要があります」と述べています。次に、カスタマイズされたナノ製造プロセスを通じてそれを公開します。」

その結果、ナノ構造は偶数次高調波と奇数次高調波の両方を生成できます。これは、他のほとんどの高調波材料の制限です。このナノ構造は、1.3〜3電子ボルトの広範囲の光子エネルギーをカバーできます。

この記録的な変換効率により、科学者は1回のレーザー照射で材料の分子および電子ダイナミクスを観察でき、複数の高エネルギー照射によって劣化する可能性のあるサンプルを保存するのに役立ちます。

この研究は、単一のレーザーパルスによって生成される高次高調波放射の最初の観測であり、メタサーフェスが他のメタサーフェスで以前に示されたよりも5〜10倍高い高出力に耐えることができます。

「私たちの方法では、結晶、二次元材料、単一原子、人工原子格子、その他の量子システムなど、メタサーフェスを超えた材料を研究できると考えています。」

ナノ構造を使用して高次高調波を生成することの利点を実証した後、彼らは、結晶などの固体ソースを置き換えるためにナノ構造を積み重ねることによって、高次高調波デバイスおよび設備を改善することを望んでいます。