हाई-हार्मोनिक स्पेक्ट्रोस्कोपी हाई-वोल्टेज सुपरकंडक्टर्स की इलेक्ट्रॉनिक संरचना को अनलॉक करती है

उच्च दबाव ने संघनित पदार्थ के लिए पदार्थ की कई नवीन अवस्थाएँ बनाई हैं, जिससे रोमांचक नई भौतिक और रासायनिक घटनाएं सामने आई हैं। उनमें से, H3S और LaH10 जैसे उच्च दबाव वाले हाइड्राइड्स में निकट-कमरे के तापमान की सुपरकंडक्टिविटी (Tc> 200 K) की खोज ने बहुत रुचि और ध्यान आकर्षित किया है।
उच्च दबाव वाले सुपरकंडक्टर्स में बढ़ते सुपरकंडक्टिंग संक्रमण तापमान के बावजूद, उच्च दबाव वाले क्वांटम राज्यों में इलेक्ट्रॉनिक संरचना और अल्ट्राफास्ट गतिशील व्यवहार प्रभावी जांच की कमी के कारण अभी भी अज्ञात हैं, और उनकी सुपरकंडक्टिविटी का तंत्र एक खुला प्रश्न बना हुआ है।
उच्च हार्मोनिक पीढ़ी (एचएचजी) एक घटना लेजर को लेजर आवृत्ति से कई गुना अधिक मजबूत सुसंगत विकिरण में परिवर्तित करने की प्रक्रिया है। नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स के एक विशिष्ट प्रतिनिधि के रूप में, ठोस पदार्थों में एचएचजी मजबूत-क्षेत्र लेजर-मैटर इंटरैक्शन द्वारा इंट्रा- और इंटरबैंड इलेक्ट्रॉनों के नॉनलाइनियर ड्राइविंग से उत्पन्न होता है। परिणामस्वरूप, एचएचजी स्पेक्ट्रा में स्वाभाविक रूप से सामग्री में परमाणु और इलेक्ट्रॉनिक गुणों का एक फिंगरप्रिंट होता है। ऐसी अरेखीय, अप्रतिरोधी गतिशील प्रक्रियाओं का उपयोग करके, कोई भी सामग्री के आंतरिक गुणों को समझने में सक्षम होता है।
हाल ही में, इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज/नेशनल रिसर्च सेंटर फॉर कंडेंस्ड मैटर फिजिक्स, बीजिंग में शोधकर्ता शेंग मेंग के समूह ने प्रथम-सिद्धांत समय-युक्त की मदद से उच्च दबाव वाले सुपरकंडक्टर H3S में अल्ट्राफास्ट HHG गतिशीलता की जांच की है। समूह-विकसित गैर-एडियाबेटिक समय-युक्त घनत्व-कार्यात्मक आणविक गतिशीलता विधि और सॉफ्टवेयर (टीडीएपी) का उपयोग करके घनत्व-कार्यात्मक सिद्धांत। यह पाया गया है कि उच्च दबाव वाले सुपरकंडक्टर्स में एचएचजी में एक मजबूत तरंग दैर्ध्य निर्भरता के साथ-साथ अनिसोट्रॉपी (छवि 1) है, जो इंगित करता है कि एचएचजी प्रक्रिया दृढ़ता से इलेक्ट्रॉनिक संरचना पर निर्भर करती है। एचएचजी का समय-आवृत्ति विश्लेषण निम्न-क्रम हार्मोनिक्स के इन-बैंड बिखरने के गतिज तंत्र को निर्धारित करता है। इस आधार पर, एचएचजी स्पेक्ट्रा का उपयोग करके, उन्होंने फर्मी सतह के पास ऊर्जा बैंड फैलाव संरचना का पुनर्निर्माण किया (चित्र 2)। इसके अलावा, यह पाया गया कि सुसंगत फोनन द्वारा एचएचजी स्पेक्ट्रम का एक मजबूत मॉड्यूलेशन है, जो इलेक्ट्रोकॉस्टिक युग्मन के लिए एचएचजी प्रक्रिया की संवेदनशीलता को दर्शाता है। सुसंगत फ़ोनों द्वारा संशोधित एचएचजी स्पेक्ट्रम का उपयोग करते हुए, उन्होंने फर्मी सतह (चित्र 3) के पास इलेक्ट्रोकॉस्टिक युग्मन मैट्रिक्स तात्विक शक्ति का पुनर्निर्माण किया। इस अध्ययन से पता चलता है कि सामग्रियों में कई-शरीर की बातचीत (इलेक्ट्रोकॉस्टिक युग्मन) का फर्मी ऊर्जा स्तर के पास इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। ऐसे परिणाम उच्च-वोल्टेज सुपरकंडक्टिविटी के फोनन-मध्यस्थता तंत्र का समर्थन करते हैं और उच्च-वोल्टेज क्वांटम राज्यों में इलेक्ट्रॉनिक संरचना और इलेक्ट्रोकॉस्टिक युग्मन की जांच के लिए एक ऑल-ऑप्टिकल दृष्टिकोण प्रदान करते हैं।
संबंधित शोध परिणामों को संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है "उच्च दबाव क्वांटम राज्यों के सभी-ऑप्टिकल बैंड संरचना जांच के लिए ठोस-अवस्था उच्च हार्मोनिक स्पेक्ट्रोस्कोपी की सभी-ऑप्टिकल बैंड संरचना जांच के लिए ठोस-अवस्था उच्च हार्मोनिक स्पेक्ट्रोस्कोपी" की कार्यवाही में प्रकाशित किया गया था। संयुक्त राज्य अमेरिका की राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी (पीएनएएस)। इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज (आईपीएस) में पोस्टडॉक्टरल फेलो शिकी हू, काम के पहले लेखक थे, और आईपीएस के एक शोधकर्ता शेंग मेंग, संबंधित लेखक थे। इस कार्य में पीएचडी छात्र दकियांग चेन और पीएचडी छात्र लैनलिन डू भी शामिल थे। इस शोध को विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय के प्रमुख अनुसंधान और विकास कार्यक्रम, चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन और चीनी विज्ञान अकादमी के पायलट प्रोजेक्ट द्वारा समर्थित किया गया था।

चित्र 1. उच्च वोल्टेज सुपरकंडक्टर H3S में उच्च हार्मोनिक पीढ़ी।

चित्र 2. उच्च-हार्मोनिक स्पेक्ट्रा का उपयोग करके H3S में ऊर्जा बैंड संरचना का पुनर्निर्माण।

चित्र 3. उच्च-हार्मोनिक स्पेक्ट्रा का उपयोग करके H3S में इलेक्ट्रोकॉस्टिक युग्मन जानकारी का पुनर्निर्माण।