Специализированные лазерные поля раскрывают свойства прозрачных кристаллов

Поверхность материала часто имеет свойства, которые сильно отличаются от свойств материала. Например, непроводящий кристалл, который на самом деле не проявляет магнетизма, может показывать намагниченность, ограниченную его поверхностью из-за того, как там расположены атомы. Эти отличные свойства на границах раздела и поверхностях материалов часто играют ключевую роль в разработке новых функциональных компонентов, таких как оптоэлектронные чипы или датчики, и поэтому являются предметом обширных исследований. Международная исследовательская группа из Геттингенского университета, Геттингенского института биофизической химии им. Макса Планка и Национального исследовательского совета Канады теперь преуспела в исследовании поверхности прозрачных кристаллов с использованием мощного лазерного излучения. Результаты исследования опубликованы в журнале. .


Исследователи описывают свой метод определения электрических и магнитных свойств поверхностей, основанный исключительно на свете. Этот новый метод может сыграть важную роль в исследовании прозрачных, непроводящих материалов, поскольку известные методы с использованием электронов часто испытывают экспериментальные ограничения из-за низкой проводимости, среди других трудностей. Использование света помогает обойти эти ограничения: когда световые лучи попадают на поверхность материала, например, на стеклянную панель, они отражаются на границе раздела, преломляются и поглощаются материалом. Эти эффекты, которые можно наблюдать в повседневной жизни, являются результатом взаимодействия слабого светового поля с атомами и электронами облучаемого материала. В случае более сильных световых полей, которые достигаются с помощью лазеров, возникают дополнительные эффекты, которые могут, например, генерировать более высокие световые частоты, известные как высоких гармоник. Эти эффекты часто зависят от направления колебаний светового поля относительно расположения атомов в материале.

«Мы используем эту зависимость при генерации излучения с высокими гармониками, чтобы получить представление о свойствах прозрачных материалов на поверхности и вблизи нее», – говорит первый автор и аспирант Тобиас Генрих с физического факультета Геттингенского университета. «Используемое нами световое поле состоит из двух лазерных импульсов, вращающихся в противоположных направлениях на двух разных частотах, и это приводит к симметричному полю в форме клеверного листа». Эти специальные световые поля могут быть адаптированы к атомному расположению материала для управления генерацией высоких гармоник.

«Мы показываем, что этот контроль можно использовать для изучения намагничивания на поверхности оксида магния», – объясняет доктор Мурат Сивис, руководитель исследования. В зависимости от направления вращения светового поля – также называемого хиральностью – генерируемый ультрафиолетовый свет в разной степени поглощается на границе раздела. «Для различных материалов, которые на самом деле не проявляют намагниченности или электропроводности, эти свойства на поверхности были теоретически предсказаны», – сказал Сивис. «В нашем исследовании мы показываем, что теперь можно исследовать такие явления, используя только оптические методы, возможно, даже в очень коротких временных масштабах». Исследователи также надеются получить новое представление об электронных свойствах других хиральных материалов, как показывает исследование на примере спиральной кристаллической структуры кварца. Чувствительность к хиральным явлениям на поверхностях потенциально может открыть новые возможности для исследований инновационных функциональных материалов.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments