纳米结构可以记录超高强度激光脉冲产生的高次谐波

传统上，气体被用作谐波源，但由工程学院应用和工程物理学教授Gennady Shvets领导的一个研究小组指出，工程纳米结构在这方面有一个光明的前景。

相关研究报告已发表在《Nature Communications》上。

据了解，该研究团队创造的纳米结构构成了超薄共振磷化镓超表面，其克服了气体和其他固体中产生高次谐波的许多常见问题。磷化镓材料允许所有阶的谐波而不重新吸收它们，并且这种特殊的结构可以跟激光脉冲的整个光谱相互作用。

Shcherbakov表示：“实现这一目标需要使用全波模拟技术对超表面结构进行工程设计。我们仔细选择了磷化镓颗粒的参数来满足这一条件，然后采用了定制的纳米制造流程来揭示它。”

得到的结果是纳米结构能产生偶次谐波和奇次谐波–这是大多数其他谐波材料的极限–涵盖了1.3到3电子伏之间的广泛光子能量。这种破纪录的转换效率使得科学家们能够通过一次激光照射来观察材料的分子和电子动力学从而帮助保存可能被多次高能照射降解的样品。

这项研究是首次观察由单一激光脉冲产生的高次谐波辐射，这使得超表面能够承受高功率–比以前在其他超表面显示的高出5到10倍。

Shcherbakov指出：“这为在超高磁场中研究物质提供了新的机会，这在以前是不容易实现的。通过我们的方法，我们设想人们可以研究超表面以外的材料–包括但不限于晶体、2D材料、单原子、人工原子晶格和其他量子系统。”

现在，研究小组已经证明了使用纳米结构产生高次谐波的优势，他们希望通过将纳米结构堆叠在一起来取代固态源如晶体，以此来改善高次谐波器件和设施。