يستخدم العلماء التحليل الطيفي عالي التوافقي لفتح البنية الإلكترونية للموصلات الفائقة الضغط العالي

لقد خلق الضغط العالي العديد من الحالات الجديدة للمادة المكثفة، وكشف عن ظواهر فيزيائية وكيميائية جديدة. من بينها، اكتشاف الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة القريبة (Tc＞ 200 K) في الهيدريدات عالية الضغط مثل H3S وLaH10، وقد جذب انتباه العلماء.
تتزايد درجة حرارة انتقال الموصلية الفائقة للموصلات الفائقة الضغط العالية، لكن آلية الموصلية الفائقة تظل سؤالًا مفتوحًا بسبب عدم وجود مجسات فعالة والبنية الإلكترونية غير المعروفة والسلوك الديناميكي فائق السرعة في الحالات الكمومية عالية الضغط.
التوليد التوافقي العالي (HHG) هو عملية تحويل الليزر الساقط إلى إشعاع متماسك قوي بعدة أضعاف تردد الليزر. كممثل نموذجي للبصريات غير الخطية، ينشأ HHG في المواد الصلبة من القيادة غير الخطية للإلكترونات داخل النطاق وبينه عن طريق تفاعل المادة الليزرية في المجال القوي. ونتيجة لذلك، فإن أطياف HHG تحتوي بشكل طبيعي على بصمة للخصائص الذرية والإلكترونية للمادة. وباستخدام هذه العملية الديناميكية غير الخطية وغير المضطربة، أصبح العلماء قادرين على فهم الطبيعة الداخلية للمواد.
في الآونة الأخيرة، اكتشف فريق شنغ منغ، الباحث في معهد الفيزياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم/مركز البحوث الوطني لفيزياء المواد المكثفة في بكين، ديناميكيات HHG فائقة السرعة في الموصل الفائق عالي الضغط H3S بمساعدة أول- مبادئ نظرية الكثافة الوظيفية المحتوية على الوقت واستخدام طريقة وبرمجيات الديناميكيات الجزيئية الوظيفية غير المحتوية على الوقت والتي تم تطويرها في المجموعة. لقد وجد أن HHG في الموصلات الفائقة ذات الضغط العالي يعتمد بشدة على الطول الموجي ومتباين الخواص، مما يشير إلى أن عملية HHG تعتمد بشدة على الهيكل الإلكتروني. يتم فحص تحليل التردد الزمني لـ HHG ويتم تحديد آلية ديناميكيات التشتت داخل النطاق للتوافقيات ذات الترتيب المنخفض. على هذا الأساس، وباستخدام أطياف HHG، تمت دراسة إعادة بناء هيكل تشتت نطاق الطاقة بالقرب من سطح فيرمي. بالإضافة إلى ذلك، وجد أن هناك تعديلًا قويًا لطيف HHG بواسطة فونونات متماسكة، مما يشير إلى حساسية عملية HHG للاقتران الكهروصوتي. باستخدام طيف HHG المشكل بواسطة فونونات متماسكة، تعيد الدراسة أيضًا بناء قوة عنصر مصفوفة الاقتران الكهروصوتي بالقرب من سطح فيرمي. تكشف الدراسة أن التفاعلات بين العديد من الأجسام (الاقتران الكهروصوتي) في المواد لها تأثير كبير على سلوك الإلكترونات بالقرب من مستوى طاقة فيرمي. وهذا يدعم آلية بوساطة الفونون للموصلية الفائقة ذات الجهد العالي ويوفر نهجًا بصريًا كاملاً لاستكشاف البنية الإلكترونية والاقتران الكهروصوتي في الحالات الكمومية عالية الجهد.
تم نشر نتائج الأبحاث ذات الصلة كمطيافية توافقية عالية للحالة الصلبة لفحص بنية النطاق البصري بالكامل للحالات الكمومية عالية الضغط، المنشورة في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية (PNAS). تم دعم العمل البحثي من قبل البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين، والمشروع التجريبي الاستراتيجي للأكاديمية الصينية للعلوم.