Les scientifiques de DESY et MPSD ont créé des harmoniques d'ordre élevé à partir de solides avec des états de polarisation contrôlés, profitant à la fois de la symétrie cristalline et de la dynamique électronique attoseconde. La technique récemment démontrée pourrait trouver des applications intrigantes dans l'électronique pétahertz et pour les études spectroscopiques de nouveaux matériaux quantiques.

Le processus non linéaire de génération d'harmoniques d'ordre élevé (HHG) dans les gaz est l'une des pierres angulaires de la science attoseconde. Une attoseconde est un milliardième de milliardième de seconde) et est largement utilisé dans de nombreux domaines de la science, y compris la physique, chimie et biologie. Ce phénomène de champ intense convertit de nombreux photons de faible énergie d'une impulsion laser intense en un photon d'énergie beaucoup plus élevée. Alors que le processus HHG est bien compris dans les gaz atomiques et moléculaires, le mécanisme qui sous-tend la conversion de fréquence dans les matériaux solides fait encore aujourd'hui l'objet de controverses scientifiques.

En combinant des expériences HHG et des simulations théoriques de pointe, des scientifiques du Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) et du Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) du Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) à Hambourg introduisent maintenant la spectroscopie à haute harmonique résolue par état de polarisation de solides, ce qui permet de mieux comprendre les dynamiques électroniques et structurelles se produisant sur des échelles de temps plus courtes qu'une oscillation du champ lumineux. Leurs travaux sont maintenant publiés dans Communication Nature .

Les champs harmoniques émis peuvent osciller de façon linéaire, ou ils peuvent tourner de manière elliptique ou circulaire dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (ce qu'on appelle l'hélicité) - tout comme une vis de lumière. Les scientifiques révèlent maintenant comment les états de polarisation des harmoniques et leur maniabilité codent des informations précieuses sur la structure cristalline et la dynamique ultrarapide des champs forts, et comment les états de polarisation des harmoniques peuvent être contrôlés. De plus, puisque les harmoniques sont créées dans une seule période du champ de conduite incident, la méthode est intrinsèquement livrée avec une résolution temporelle sous-cycle optique.

Le présent travail étudie les matériaux prototypes silicium et quartz pour établir la nouvelle technique spectroscopique. Pourtant, la méthode est polyvalente et devrait trouver des applications importantes dans les études futures de nouveaux matériaux quantiques tels que les matériaux fortement corrélés, isolants topologiques, et des matériaux magnétiques.