Gli scienziati dell'MPSD e del CFEL hanno dimostrato la possibilità di utilizzare una nuova manopola per controllare e ottimizzare la generazione di armoniche di ordine elevato nei materiali sfusi, uno dei processi fisici più importanti per la generazione di fotoni ad alta energia e per la manipolazione ultraveloce delle informazioni.

La generazione di armoniche di ordine elevato nei gas è oggigiorno utilizzata abitualmente in molte diverse aree delle scienze, che vanno dalla fisica, alla chimica e alla biologia. Questo fenomeno di campo forte consiste nel convertire molti fotoni a bassa energia provenienti da un laser molto forte, a un minor numero di fotoni con un'energia maggiore. Nonostante il crescente interesse per questo fenomeno nei solidi, il meccanismo alla base della conversione della luce è ancora oggetto di dibattito per i materiali solidi.

Gli scienziati dell'MPSD (Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter) e del CFEL (Center for Free-Electron Laser Science) di Amburgo hanno utilizzato strumenti di simulazione teorica all'avanguardia per far progredire la comprensione fondamentale di questo fenomeno nei solidi . Il loro lavoro è pubblicato su Nature Communications.

Quando atomi e molecole interagiscono con forti impulsi laser, emettono armoniche di ordine superiore del campo laser pilota fondamentale. La generazione di alte armoniche (HHG) nei gas è oggi regolarmente utilizzata per produrre impulsi ad attosecondi isolati e radiazioni coerenti che vanno dai raggi X visibili a quelli molli. A causa di una maggiore densità elettronica, i solidi sono una strada promettente verso il compatto, sorgenti HHG più luminose. Però, il loro uso è attualmente ostacolato dalla mancanza di una comprensione microscopica del meccanismo che porta all'HHG dai solidi.

I ricercatori dell'MPSD e del CFEL hanno ora dimostrato che, utilizzando una luce di guida polarizzata ellitticamente, è possibile svelare la complessa interazione tra i due meccanismi responsabili dell'HHG nei solidi. Attraverso ampie simulazioni dei primi principi hanno mostrato come questi due meccanismi siano fortemente e diversamente influenzati dall'ellitticità del campo laser pilota.

La complessa interazione tra questi effetti può essere utilizzata per regolare e migliorare l'emissione di armoniche nei solidi. In particolare, hanno dimostrato che l'energia massima del fotone ottenuta può essere aumentata fino al 30% utilizzando un'ellitticità finita del campo laser pilota.

Hanno anche dimostrato la possibilità di generare armoniche polarizzate circolarmente con elicità alternata da un singolo campo pilota polarizzato circolarmente, aprendo così una nuova strada per una migliore comprensione e controllo di HHG nei solidi basata sull'ellitticità, con interessanti nuove opportunità nella spettroscopia dei materiali magnetici. Il loro lavoro mostra che l'ellitticità fornisce una manopola aggiuntiva per controllare sperimentalmente la generazione di armoniche di ordine superiore nei solidi.