ナノ構造は、超強力なレーザーパルスから高調波を生成できます

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ました。これは記録的な発見と言えます。 彼らはまた、アト秒レベルから100万分の1秒までの物理的プロセス全体を研究しました。この発見は、高解像度イメージングへの道を開きました。

長い間、高次高調波は、パルスレーザーの光子をはるかに高いエネルギーを持つ1つの超短光子に結合するために使用されてきました。これにより、さまざまな科学研究やアプリケーションで必要とされる極紫外線とX線が形成されます。以前は、高調波の発生源は主にガス放出でしたが、コーネル大学工学部の応用工学物理学の教授であるGennady Shvetsが率いる研究チームは、工学的ナノ構造をこのアプリケーションで使用できることを示しました。

2021年7月7日、ポスドクのマキシム・シュチェルバコフ（後にカリフォルニア大学アーバイン校の助教授）が主執筆者として、「ネイチャーコミュニケーションズの共鳴における単一および複数の超強力レーザーパルスの使用」という論文を発表しました。 「単一および複数の超強力レーザーパルスを使用した共鳴メタ表面での偶数および奇数の高高調波の生成」では、この研究について詳しく説明しています。

チームによって作成されたナノ構造は、超薄型の共鳴リン化ガリウム地下を構成し、ガスやその他の固体での高調波の発生に関連する多くの一般的な問題を克服します。リン化ガリウムは、再吸収することなくすべての桁の高調波を許容する材料であり、特殊な構造が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。シチェルバコフは次のように説明しています。「これを実現するには、全波シミュレーション技術を使用してサブカーブ構造を設計する必要があります。この条件を満たすためにリン化ガリウム粒子のパラメーターを慎重に選択して決定し、カスタマイズされたナノ製造プロセスを採用しました。公開します。」
世界最強のレーザーポインター
その結果、ナノ構造は偶数および奇数の高調波を生成できます。これは、1.3〜3 eVの範囲の光子エネルギーをカバーし、他のほとんどの高調波材料では実現が困難です。この驚くべき変換効率により、科学者は1回のレーザー照射だけで材料内の分子と電子の動きを観察でき、複数の高エネルギー照射によるサンプルへの損傷を効果的に回避し、それによってサンプルをよりよく保存します。この研究は、単一のレーザーパルスによって生成された高調波放射を初めて観測したものであり、これにより、地下は他の地下で以前に示されたよりも5〜10倍高い電力に耐えることができます。シチェルバコフ氏は、この研究は非常に価値があると述べた。「これにより、超高磁場での物質研究の新たな機会が開かれます。この方法により、人々は将来、地下以外の物質を研究できると想像することもできます。結晶と2D材料に限定されます。、単一原子、人工原子格子、その他の量子システム。」

現在、研究チームは、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ており、高次高調波の機器や設備を改善するために、ナノ構造を積み重ねることで固体光源（結晶など）を置き換えることを望んでいます。