Запрещённая зона, то есть энергетический разрыв между наивысшей валентной зоной и наименьшей зоной проводимости, является определяющим свойством изолирующих твёрдых тел. От неё зависит, как они поглощают свет и проводят электричество. Отслеживание изменений запрещённой зоны при сильном лазерном возбуждении было давней задачей, поскольку лежащие в основе процессы развиваются в фемтосекундном масштабе времени и их трудно отследить напрямую, особенно для диэлектриков с широкой запрещённой зоной.
В сотрудничестве между Институтом Макса Борна, ARCNL Амстердам и Орхусским университетом исследователи показали, что экстремально ультрафиолетовая (XUV) высокогармониковая интерферометрия может обеспечить прямой доступ к такой динамике.
Используя пары синхронизированных лазерных импульсов ближнего инфракрасного диапазона, команда измерила интерференционные полосы и их зависящий от интенсивности сдвиг в генерируемых высокопорядковых гармониках из кварцевого стекла (SiO₂) и оксида магния (MgO).
Сдвиги полос интерференции кодируют переходные изменения электронной запрещённой зоны: в кварцевом стекле наблюдаются признаки сужения запрещённой зоны, в то время как в оксиде магния — её расширения.
Эксперименты были подкреплены аналитическим моделированием и моделированием уравнения Блоха для полупроводников, подтвердив, что наблюдаемые фазовые вариации согласуются с модификациями электронной структуры, вызванными возбуждением.
Работа устанавливает интерферометрический HHG как широко применяемый, полностью оптический метод исследования динамики зонной структуры в твёрдых телах. Помимо фундаментального понимания, этот подход открывает пути к сверхбыстрой полупроводниковой метрологии и будущим технологиям на основе петагерц-электрооптики.
Предоставлено Институтом Макса Борна по нелинейной оптике и спектроскопии коротких импульсов.