实验证实了量子材料对圆偏振激光的独特响应

去年年初，当 大流行导致能源部 SLAC 国家加速器实验室的实验停止时，Shambhu Ghimire 的研究小组被迫寻找另一种方法来研究一个有趣的研究目标：称为拓扑绝缘体或 TI 的量子材料。在它们的表面传导电流但不通过它们的内部。

两年前，瑞士国家科学基金会研究员 Denitsa Baykusheva 加入了他在斯坦福 PULSE 研究所的团队，目标是找到一种在这些材料中产生高次谐波 (HHG) 的方法，作为探测其行为的工具。在 HHG 中，穿过材料的激光会转移到更高的能量和更高的频率，称为谐波，就像按下吉他弦产生更高的音符一样。如果这可以在 TI 中完成，TI 是自旋电子学、量子传感和量子计算等技术的有前途的构建模块，它将为科学家提供研究这些和其他量子材料的新工具。

随着实验中途停止，她和她的同事转向理论和计算机模拟，想出一种在拓扑绝缘体中产生 HHG的新方法。结果表明，沿激光束方向螺旋的圆偏振光会从他们研究的 TI 硒化铋的导电表面和内部产生清晰、独特的信号——实际上会增强来自从表面。

当实验室重新开放以进行新冠病毒安全预防措施的实验时，Baykusheva 开始第一次测试该配方。在今天发表在Nano Letters 上的一篇论文中，研究小组报告说，这些测试完全符合预期，从拓扑表面产生了第一个独特的特征。

“这种材料看起来与我们尝试过的任何其他材料都非常不同，”PULSE 的首席研究员 Ghimire 说。“能够找到一种具有与其他任何材料截然不同的光学响应的​​新型材料，真是令人兴奋。”

在过去的十几年中，Ghimire 与 PULSE 主管 David Reis 进行了一系列实验，表明 HHG 可以以以前认为不可能甚至不可能的方式生产：通过将激光射入晶体、冷冻氩气或原子薄的半导体材料。另一项研究描述了如何使用 HHG 产生阿秒激光脉冲，通过使激光穿过普通玻璃，可用于观察和控制电子的运动。

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