中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室在強激光電場與拓撲新物態(tài)相互作用新現(xiàn)象和新物理方面取得重要進展，實驗上首次證實了拓撲表面態(tài)貢獻的高次諧波輻射并揭示了其物理機制，為拓撲強場物理和強場與物質(zhì)相互作用領(lǐng)域的研究帶來了新的推動力。相關(guān)成果近日發(fā)表于《自然—物理》。
三維拓撲絕緣體因其具有新穎的表面拓撲電子態(tài)，具有不同尋常的電荷和自旋的輸運性質(zhì)，因而受到研究人員的廣泛關(guān)注。用強激光電場驅(qū)動拓撲表面態(tài)中的非線性電子動力學過程的研究尚處于初始階段。理論研究工作表明強場驅(qū)動的高次諧波的產(chǎn)生過程敏感地依賴拓撲非平庸相，但目前拓撲態(tài)產(chǎn)生高次諧波的實驗現(xiàn)象尚未見報道。
在該研究中，研究人員利用自行搭建的長波長超強激光脈沖裝置輸出的激光脈沖作用于拓撲絕緣體表面，以產(chǎn)生的高次諧波推演強場驅(qū)動的拓撲態(tài)電子動力學過程。實驗觀測到了延伸到9級次的高次諧波產(chǎn)生，并通過轉(zhuǎn)動拓撲絕緣體的方位角，測量了高次諧波光譜的調(diào)制，結(jié)果顯示奇級次與偶級次諧波的強度和偏振具有不同的角晶體方位角依賴關(guān)系。理論分析表明平行于驅(qū)動光方向的偶次諧波來自拓撲表面態(tài)中的自旋電流，而表面態(tài)中電子的面外自旋導(dǎo)致了垂直方向的偶次諧波產(chǎn)生。由于高次諧波光譜中奇級次與偶級次諧波不同的來源，本研究提供了一種可以區(qū)分表面態(tài)與體相態(tài)電子輸運過程的新方法，為研究三維拓撲絕緣體中拓撲表面態(tài)與體相態(tài)之間的相互作用過程提供一種可行的有效方案，并且為在亞周期的時間尺度內(nèi)研究拓撲態(tài)的強場非線性現(xiàn)象和強場作用下的拓撲相變過程提供了新穎的技術(shù)手段。
相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41567-020-01052-8
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