Les scientifiques du MPSD et du CFEL ont démontré la possibilité d'utiliser un nouveau bouton pour contrôler et optimiser la génération d'harmoniques d'ordre élevé dans les matériaux en vrac, l'un des processus physiques les plus importants pour générer des photons de haute énergie et pour la manipulation ultrarapide de l'information.

La génération d'harmoniques d'ordre élevé dans les gaz est aujourd'hui couramment utilisée dans de nombreux domaines scientifiques différents, allant de la physique, à la chimie et à la biologie. Ce phénomène de champ fort consiste à convertir de nombreux photons de faible énergie provenant d'un laser très puissant, à moins de photons avec une énergie plus élevée. Malgré l'intérêt croissant pour ce phénomène dans les solides, le mécanisme derrière la conversion de la lumière est encore en débat pour les matériaux solides.

Des scientifiques du MPSD (Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter) et du CFEL (Center for Free-Electron Laser Science) à Hambourg ont utilisé des outils de simulation théorique de pointe pour faire progresser la compréhension fondamentale de ce phénomène dans les solides. . Leurs travaux sont publiés dans Nature Communications.

Lorsque les atomes et les molécules interagissent avec de fortes impulsions laser, ils émettent des harmoniques d'ordre élevé du champ laser d'entraînement fondamental. La génération d'harmoniques élevées (HHG) dans les gaz est régulièrement utilisée de nos jours pour produire des impulsions attosecondes isolées et un rayonnement cohérent allant du visible aux rayons X mous. En raison d'une densité électronique plus élevée, les solides sont une voie prometteuse vers le compact, sources HHG plus lumineuses. Cependant, leur utilisation est actuellement entravée par le manque de compréhension microscopique du mécanisme conduisant à HHG à partir de solides.

Des chercheurs du MPSD et du CFEL ont maintenant montré que, en utilisant un feu de route à polarisation elliptique, il est possible de démêler l'interaction complexe entre les deux mécanismes responsables du HHG dans les solides. Au moyen de simulations approfondies des premiers principes, ils ont montré comment ces deux mécanismes sont fortement et différemment affectés par l'ellipticité du champ laser d'entraînement.

L'interaction complexe entre ces effets peut être utilisée pour régler et améliorer l'émission d'harmoniques dans les solides. En particulier, ils ont montré que l'énergie photonique maximale obtenue peut être augmentée jusqu'à 30 % en utilisant une ellipticité finie du champ laser d'entraînement.

Ils ont également démontré la possibilité de générer des harmoniques polarisées circulairement avec une hélicité alternative à partir d'un seul champ d'entraînement polarisé circulairement, ouvrant ainsi une nouvelle voie pour une meilleure compréhension et maîtrise des HHG dans les solides basée sur l'ellipticité, avec de nouvelles opportunités intrigantes dans la spectroscopie des matériaux magnétiques. Leurs travaux montrent que l'ellipticité fournit un bouton supplémentaire pour contrôler expérimentalement la génération d'harmoniques d'ordre élevé dans les solides.