นักวิทยาศาสตร์ใช้สเปกโทรสโกปีฮาร์โมนิกสูงเพื่อปลดล็อกโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของตัวนำยิ่งยวดแรงดันสูง

แรงดันสูงทำให้เกิดสถานะใหม่สำหรับสสารควบแน่น เผยให้เห็นปรากฏการณ์ทางกายภาพและเคมีใหม่ๆ การค้นพบความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิใกล้ห้อง (Tc> 200 K) ในไฮไดรด์แรงดันสูง เช่น H3S และ LaH10 ได้ดึงดูดความสนใจของนักวิทยาศาสตร์
อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของตัวนำยิ่งยวดของตัวนำยิ่งยวดแรงดันสูงได้เพิ่มขึ้น แต่กลไกของตัวนำยิ่งยวดยังคงเป็นคำถามเปิดเนื่องจากขาดโพรบที่มีประสิทธิภาพและโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่รู้จักและพฤติกรรมไดนามิกที่เร็วมากในสถานะควอนตัมแรงดันสูง
การสร้างฮาร์มอนิกที่สูงขึ้น (HHG) เป็นกระบวนการในการแปลงเลเซอร์ที่ตกกระทบไปเป็นรังสีที่มีความสอดคล้องกันอย่างรุนแรงที่หลายเท่าของความถี่เลเซอร์ ในฐานะตัวแทนทั่วไปของทัศนศาสตร์ไม่เชิงเส้น HHG ในของแข็งมีต้นกำเนิดมาจากการขับเคลื่อนแบบไม่เชิงเส้นของอิเล็กตรอนภายในและระหว่างวงโดยปฏิกิริยาระหว่างเลเซอร์กับสสารในสนามพลังแรง เป็นผลให้สเปกตรัม HHG มีลายนิ้วมือของคุณสมบัติอะตอมและอิเล็กทรอนิกส์ในวัสดุตามธรรมชาติ ด้วยการใช้กระบวนการไดนามิกแบบไม่เชิงเส้นและไม่ก่อกวนนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถมองดูธรรมชาติภายในของวัสดุได้
เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมของ Sheng Meng นักวิจัยจากสถาบันฟิสิกส์ของ Chinese Academy of Sciences/ศูนย์วิจัยแห่งชาติสำหรับฟิสิกส์สสารควบแน่นในกรุงปักกิ่ง ได้สำรวจไดนามิกของ HHG ที่เร็วมากในตัวนำยิ่งยวดแรงดันสูง H3S ด้วยความช่วยเหลือจาก หลักการทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นตามเวลาและการใช้วิธีการพลศาสตร์โมเลกุลเชิงฟังก์ชันความหนาแน่นแบบไม่อะเดียแบติกและซอฟต์แวร์ที่พัฒนาขึ้นในกลุ่ม พบว่า HHG ในตัวนำยิ่งยวดแรงดันสูงนั้นขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นอย่างมากและเป็นแอนไอโซโทรปิก ซึ่งบ่งชี้ว่ากระบวนการ HHG ขึ้นอยู่กับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์อย่างยิ่ง มีการตรวจสอบการวิเคราะห์ความถี่เวลาของ HHG และกำหนดกลไกของไดนามิกของการกระเจิงในแบนด์ของฮาร์โมนิกลำดับต่ำ บนพื้นฐานนี้ โดยใช้สเปกตรัม HHG เพื่อศึกษาเพื่อสร้างโครงสร้างการกระจายแถบพลังงานขึ้นใหม่ใกล้กับพื้นผิวแฟร์มี นอกจากนี้ยังพบว่ามีการปรับสเปกตรัม HHG อย่างแข็งแกร่งโดยโฟนันส์ที่สอดคล้องกัน ซึ่งบ่งบอกถึงความไวของกระบวนการ HHG ต่อการมีเพศสัมพันธ์ด้วยไฟฟ้า การใช้สเปกตรัม HHG ที่ถูกมอดูเลตโดยโฟนันที่ต่อเนื่องกัน การศึกษานี้จะสร้างความแข็งแกร่งขององค์ประกอบเมทริกซ์คัปปลิ้งแบบไฟฟ้าอะคูสติกเพิ่มเติมใกล้กับพื้นผิวแฟร์มี การศึกษาพบว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างร่างกายจำนวนมาก (การมีเพศสัมพันธ์ด้วยไฟฟ้า) ในวัสดุมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อพฤติกรรมของอิเล็กตรอนใกล้กับระดับพลังงานแฟร์มี สิ่งนี้สนับสนุนกลไกที่ใช้สื่อกลางแบบโฟนันสำหรับตัวนำยิ่งยวดไฟฟ้าแรงสูงและให้วิธีการแบบออปติคอลทั้งหมดในการตรวจสอบโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และการมีเพศสัมพันธ์ด้วยไฟฟ้าในสถานะควอนตัมไฟฟ้าแรงสูง
ผลการวิจัยที่เกี่ยวข้องได้รับการตีพิมพ์เป็นโซลิดสเตตฮาร์โมนิกสเปกโทรสโกปีสำหรับการตรวจสอบโครงสร้างแถบแสงทั้งหมดของสถานะควอนตัมแรงดันสูง ซึ่งตีพิมพ์ในรายงานการประชุมของ National Academy of Sciences แห่งสหรัฐอเมริกา (PNAS) งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากโครงการวิจัยและพัฒนาที่สำคัญแห่งชาติของจีน มูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติของจีน และโครงการนำร่องเชิงยุทธศาสตร์ของสถาบันวิทยาศาสตร์จีน