近日，精密測量院激光誘導(dǎo)超快電子動力學(xué)課題組在準(zhǔn)晶高次諧波研究方面取得了重要進展。研究團隊打通了強場超快物理與準(zhǔn)晶研究領(lǐng)域的壁壘，理論研究了準(zhǔn)晶作為超快光源方面的機理和優(yōu)越性，相關(guān)成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Phys. Rev. Lett.上。

　　高次諧波是激光與物質(zhì)相互作用時的極端非線性頻率上轉(zhuǎn)換過程，在獲得極紫外光源、超短阿秒脈沖等方面具有重要的應(yīng)用價值。另一方面，高次諧波編碼了電子阿秒時間尺度下的動力學(xué)信息，能夠反映物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。已有的研究表明氣體、等離子體、晶體和液體均能夠產(chǎn)生高次諧波輻射。氣體高次諧波光子能量高，但介質(zhì)密度低，使得其產(chǎn)率較低。近年來，研究人員將目光轉(zhuǎn)向了晶體高次諧波輻射的研究，但晶體較低的損傷閾值限制了高能光子的產(chǎn)生。液體雖然可以承受更高的光強，但其結(jié)構(gòu)的無序性也限制了高能諧波光子的產(chǎn)生。準(zhǔn)晶具有有序性，但不具有平移對稱性，該體系在強場超快激光作用下的高次諧波輻射研究一直是一片空白。     

　　精密測量院激光誘導(dǎo)超快電子動力學(xué)課題組一直致力于氣體、晶體和液體高次諧波理論的研究，并做出了一系列有影響力的原創(chuàng)性成果。準(zhǔn)晶平移周期性的破缺對于諧波輻射而言是機遇也是挑戰(zhàn)，晶體的能帶理論不再簡單適用。研究團隊通過Fibonacci準(zhǔn)晶入手，經(jīng)過數(shù)值模擬和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)Fibonacci準(zhǔn)晶中電子的運動近似滿足動量空間的加速定理。同時，從準(zhǔn)晶明銳的布拉格衍射峰出發(fā)，團隊發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶分形的能帶結(jié)構(gòu)可以通過平移有效晶體的能帶而進行重構(gòu)，有利于準(zhǔn)晶中電子動力學(xué)信息的提取。該項研究表明準(zhǔn)晶分形的能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致更多電子激發(fā)通道和更頻繁的背向散射，進而使得準(zhǔn)晶具有高次諧波產(chǎn)率高、最大光子能量高、波長依賴敏感等優(yōu)勢，有望成為一種新的可集成的固態(tài)超快光源，并成為一個全新的研究領(lǐng)域。

　　（a）Fibonacci數(shù)列（兔子問題）與Fibonacci準(zhǔn)晶之間的關(guān)系示意圖。（b）Fibonacci準(zhǔn)晶高次諧波示意圖　　

　　精密測量院博士研究生劉佳奇為第一作者，研究員卞學(xué)濱為通訊作者。

　　該項研究工作得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中科院王寬誠率先人才計劃“盧嘉錫國際團隊項目”的支持。

　　論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.213901