Этот инструмент, имеющий большое значение для исследователей, разрушается за доли фемтосекунды, по-видимому, без видимой причины. В ходе недавнего физического исследования были выявлены два фактора, вызывающих этот эффект.
Существует множество методов воздействия на электромагнитное излучение. Изменяя определенные параметры, можно облучать лазером газ, жидкость или твердое тело, вызывая при этом излучение материала на иной частоте. Если полученная частота является кратной частоте лазера, такой эффект называется гармонией.
В большинстве случаев в нелинейной оптике применяются вторая и третья гармоники, однако физические законы не исключают возможность использования и более высоких — двадцатой, сотой и так далее. Для анализа материалов, создания ультракоротких импульсов и получения излучения с высокой энергией высокие гармоники находят применение в научных исследованиях и промышленных процессах.
При изучении этого эффекта, относящегося к нелинейной оптике, исследователи обнаруживают, что высокие гармоники могут подавляться по невыясненной причине. Этот процесс получил название «сверхбыстрая электронная декогеренция» — в течение нескольких квадриллионных долей секунды происходит нарушение распределения электронов в твердом теле, что приводит к затуханию высоких гармоник. Долгое время фундаментальная причина этого явления оставалась неизученной.
Команда профессора Чжэдона Ли (JaeDong Lee) смогла решить эту загадку. Причиной стало взаимодействие двух физических явлений, связанных с высокими гармониками. Статья об этом опубликована в журнале Advanced Science.
Чтобы понять процессы декогеренции электронов, исследователи создали новую методику расчетов, основанную на ключевом уравнении Линдблада. Группа проанализировала сверхизлучение и широкополосную эмиссию, наблюдаемые в процессе генерации высоких гармоник в твердых телах. Сверхизлучение — явление, при котором группа объектов генерирует когерентное и мощное излучение. Широкополосная эмиссия означает, что сгенерированных гармоник так много, что если расположить их на спектре, он будет выглядеть не множеством отдельных узких полос, а ограниченным числом широких.
Исследования показали, что сверхизлучение и широкополосный спектр подвержены интерференции, что вызывает взаимное ослабление. Взаимодействие с окружающей средой, характерное для открытых квантовых сред, таких как ансамбли атомов, оказывает определяющее влияние на устойчивость генерации высоких гармоник.
«По словам профессора Ли, главная ценность этой работы состоит в том, что она прокладывает дорогу от теоретической квантовой модели к практической и стабильной квантовой инженерии, и ставит под сомнение устоявшиеся представления о квантовых технологиях, которые исходят из идеи изолированных квантовых систем.
В ходе исследований ученые разработали миниатюрную теоретическую платформу для изучения, позволяющую проводить точные учитывать не только взаимодействия между электронами, но и взаимодействия электронов с окружающей средой.