當拓撲絕緣體中的電子突然改變其運動方向時，科學家們也觀察到了一種新式的光發射。在宏觀的現實生活中，如需改變大質量物體（比如汽車）的運動方向，就必須先減速到接近完全停止。而即便是宇宙中最小電子，也遵循着同樣的規則。
研究配圖 – 1：來自 TI 的 HH 發射
不過對於未來的超快電子元件來說，科學家們似乎能夠繞過這個慣性的束縛。由於光子不攜帶質量，它能夠以儘可能高的速度移動。
研究配圖 – 2：HH 發射對 CEP 驅動場的依賴性
SCI Tech Daily 指出，光在改變方向時並不需要減速。例如當被鏡子反射時，光子能夠瞬時改變方向，而不會在中途有任何停留。
研究配圖 – 3：來自 TSS 的高效 HHG 的微觀起源
對於未來的電子產品來說，如果電流的方向也能夠無限快速地切換，那處理器的時鐘頻率，也將能夠大幅增加。
研究配圖 – 4：來自 TSS 的 HH 輻射中的幾何相位效應追蹤
據悉，來自雷根斯堡大學、馬爾堡大學、以及新西伯利亞俄羅斯科學院的一支國際物理學家聯盟，已成功地在超快時間尺度上，實現了電子的翻轉運動、而沒有減慢它們的速度。
擴展數據 – 1：Bi2Te3 樣品的晶體取向
在這項研究中，他們採用了基於拓撲絕緣體的新型材料。表面上的電子行為，幾乎能夠像無質量的光子一樣移動。
擴展數據 – 2：載流子諸如體態 / 表面態的 HHG 比較
為儘快改變這些電子的運動方向，研究人員利用了光的振蕩載流子場來加速電子 —— 這也是人類可控制的自然界中最快的交變場。
擴展數據 – 3：體積強度與表面 HHG 的比較
當電子突然改變其運動方向時，就會發出超短的閃光，其中包含了像彩虹一樣的寬帶光譜顏色。
擴展數據 – 4：TSS 中 HHG 的 CEP 依賴性
電子閃爍的顏色，也有着嚴格的定義：通常當電子被光波加速時，其只會發射輻射，振蕩頻率僅是入射光頻率的整數倍（即所謂的高次諧波輻射）。
擴展數據 – 5：TSS CEP 相關的 HHG SBE 模擬（無帶間轉換）
研究一作 Christoph Schmid 解釋稱：“通過仔細調整加速光場，將能夠打破這一規則。我們設法控制了電子的運動，從而產生了各種可以想象到的光的顏色”。
擴展數據 – 6：TSS 中 HHG 的動量空間起源
在對輻射進行深入分析時，科學家們發現了電子所具有的更不尋常的量子特性。很明顯，拓撲絕緣體表面上的電子，並不會跟隨光的電場沿直線運動，而是在固體中執行曲折的軌跡。
擴展數據 – 7：TSS 中的量子機械波包運動
Jan Wilhekm 博士解釋稱：“即使對於理論學家來說，只要稍微靠近一點，就能夠看到量子力學能夠產生哪些現象，這點事相當讓人着迷的”。
擴展數據 – 8：偏振測量的擴展分析
其與雷根斯大學物理研究所的同事們攜手開發的模擬，已成功地解釋了這項實驗結果。其不僅為電子的微觀量子特性提供了有趣的見解，還建議將拓撲絕緣體作為未來電子與信息處理的一種有前途的材料類別。
擴展數據 – 9：拓撲表面狀態下的顫振運動
有關這項研究的詳情，已經發表於近日出版的《自然》（Nature）雜誌上。
原標題為《Tunable non-integer high-harmonic generation in a topological insulator》。