據外媒報道，康奈爾大學的研究人員已經開發出能將激光脈衝轉換為高次諧波頻譜的納米結構，這為高分辨率成像和研究阿托秒尺度上的物理過程的新科學工具鋪平了道路。長期以來，高次諧波頻譜一直被用於將脈衝激光中的光子合併成一個能量更高的超短光子併產生用於各種科學目的的極端紫外線和X射線。
傳統上，氣體被用作諧波源，但由工程學院應用和工程物理學教授Gennady Shvets領導的一個研究小組指出，工程納米結構在這方面有一個光明的前景。
相關研究報告已發表在《Nature Communications》上。
據了解，該研究團隊創造的納米結構構成了超薄共振磷化鎵超表面，其克服了氣體和其他固體中產生高次諧波的許多常見問題。磷化鎵材料允許所有階的諧波而不重新吸收它們，並且這種特殊的結構可以跟激光脈衝的整個光譜相互作用。
Shcherbakov表示：“實現這一目標需要使用全波模擬技術對超表面結構進行工程設計。我們仔細選擇了磷化鎵顆粒的參數來滿足這一條件，然後採用了定製的納米製造流程來揭示它。”
得到的結果是納米結構能產生偶次諧波和奇次諧波–這是大多數其他諧波材料的極限–涵蓋了1.3到3電子伏之間的廣泛光子能量。這種破紀錄的轉換效率使得科學家們能夠通過一次激光照射來觀察材料的分子和電子動力學從而幫助保存可能被多次高能照射降解的樣品。
這項研究是首次觀察由單一激光脈衝產生的高次諧波輻射，這使得超表面能夠承受高功率–比以前在其他超表面顯示的高出5到10倍。
Shcherbakov指出：“這為在超高磁場中研究物質提供了新的機會，這在以前是不容易實現的。通過我們的方法，我們設想人們可以研究超表面以外的材料–包括但不限於晶體、2D材料、單原子、人工原子晶格和其他量子系統。”
現在，研究小組已經證明了使用納米結構產生高次諧波的優勢，他們希望通過將納米結構堆疊在一起來取代固態源如晶體，以此來改善高次諧波器件和設施。