उच्च दबाव वाले सुपरकंडक्टर्स की इलेक्ट्रॉनिक संरचना को अनलॉक करने के लिए वैज्ञानिक उच्च-हार्मोनिक स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करते हैं

उच्च दबाव ने संघनित पदार्थ के लिए कई नई स्थितियाँ पैदा की हैं, जिससे नई भौतिक और रासायनिक घटनाएं सामने आई हैं। उनमें से, H3S और LaH10 जैसे उच्च दबाव वाले हाइड्राइड्स में निकट-कमरे के तापमान सुपरकंडक्टिविटी (Tc> 200 K) की खोज ने वैज्ञानिकों का ध्यान आकर्षित किया है।
उच्च दबाव वाले सुपरकंडक्टर्स का सुपरकंडक्टिंग संक्रमण तापमान बढ़ रहा है, लेकिन प्रभावी जांच की कमी और अज्ञात इलेक्ट्रॉनिक संरचना और उच्च दबाव क्वांटम राज्यों में अल्ट्राफास्ट गतिशील व्यवहार के कारण 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। इस अरेखीय, अप्रतिरोधी गतिशील प्रक्रिया का उपयोग करके, वैज्ञानिक सामग्रियों की आंतरिक प्रकृति को समझने में सक्षम हैं।
हाल ही में, बीजिंग में चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज/नेशनल रिसर्च सेंटर फॉर कंडेंस्ड मैटर फिजिक्स के इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स के एक शोधकर्ता शेंग मेंग की टीम ने पहले की मदद से उच्च दबाव वाले सुपरकंडक्टर H3S में अल्ट्राफास्ट HHG गतिशीलता का पता लगाया- सिद्धांत समय-युक्त घनत्व-कार्यात्मक सिद्धांत और एक गैर-एडियाबेटिक समय-युक्त घनत्व-कार्यात्मक आणविक गतिशीलता विधि और समूह में विकसित सॉफ्टवेयर का उपयोग। यह पाया गया है कि उच्च दबाव वाले सुपरकंडक्टर्स में एचएचजी दृढ़ता से तरंग दैर्ध्य-निर्भर और अनिसोट्रोपिक है, जो दर्शाता है कि एचएचजी प्रक्रिया दृढ़ता से इलेक्ट्रॉनिक संरचना पर निर्भर करती है। एचएचजी के समय-आवृत्ति विश्लेषण की जांच की जाती है और निम्न-क्रम हार्मोनिक्स के इन-बैंड बिखरने की गतिशीलता का तंत्र निर्धारित किया जाता है। इस आधार पर, एचएचजी स्पेक्ट्रा का उपयोग करके फर्मी सतह के पास ऊर्जा बैंड फैलाव संरचना का पुनर्निर्माण करने का अध्ययन किया जाता है। इसके अलावा, यह पाया गया है 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, अध्ययन फर्मी सतह के पास इलेक्ट्रोकॉस्टिक युग्मन मैट्रिक्स तात्विक शक्ति का पुनर्निर्माण करता है। 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। यह उच्च-वोल्टेज सुपरकंडक्टिविटी के लिए एक फोनन-मध्यस्थता तंत्र का समर्थन करता है और उच्च-वोल्टेज क्वांटम राज्यों में इलेक्ट्रॉनिक संरचना और इलेक्ट्रोकॉस्टिक युग्मन की जांच के लिए एक ऑल-ऑप्टिकल दृष्टिकोण प्रदान करता है।
संबंधित शोध परिणाम संयुक्त राज्य अमेरिका के नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज (पीएनएएस) की कार्यवाही में प्रकाशित उच्च दबाव क्वांटम राज्यों की सभी-ऑप्टिकल बैंड संरचना जांच के लिए सॉलिड-स्टेट हाई हार्मोनिक स्पेक्ट्रोस्कोपी के रूप में प्रकाशित किए गए हैं। शोध कार्य को चीन के राष्ट्रीय प्रमुख अनुसंधान और विकास कार्यक्रम, चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन और चीनी विज्ञान अकादमी के रणनीतिक पायलट प्रोजेक्ट द्वारा समर्थित किया गया था।