隐藏的对称性开启了控制量子材料中光的新方法
发布时间：2025-08-29 15:35:38 阅读数： 153
一组研究人员发现了量子材料中一种鲜为人知的对称性（非对称对称性）如何控制这些材料与强激光相互作用的方式。
该研究成果发表于《物理评论应用快报》（Physical Review Applied as a Letter）。研究结果揭示了令人惊讶的效应——包括对偶阶响应的抑制以及显著的偏振相关响应——这可能有助于设计下一代基于光波的电子器件和量子器件。
当破缺对称性没有按预期表现时
在大多数材料中，破坏反演对称性（一种类似镜像的性质）会在光照下产生偶数阶响应，例如二次谐波信号。但在节线半金属（NLS）中，研究人员观察到了相反的情况：所有偶数阶响应都消失了，只留下奇数阶光学响应。
这种违反直觉的效应源于非同态对称性，这是一种微妙的结构特征，其中镜面反射与分数原子位移相结合。尽管缺乏反演对称性，但这条隐性规则强制了偶次谐波的抵消。
光如对称的指纹
本研究还揭示了这些量子材料发光的惊人模式。在强激光驱动下，发射光表现出双重各向异性，即发射光的响应随光偏振发生显著变化，形成“蝴蝶状”的发射图案。
此外，一些发射信号沿着入射激光的方向出现，而另一些则以直角出现，让人联想到非线性霍尔效应。此外，NLS运动中的链内和链间电子会根据激光方向在发射光上留下不同的印记。
“这些结果展示了隐藏的晶体对称性如何以意想不到的方式控制光与物质的相互作用，”孟买印度理工学院的戈帕尔·迪克西特教授说道?！巴ü髡馄?，我们可以选择性地增强或抑制光信号，为超快技术开辟强大的新可能性?！?/span>
量子半金属，例如节点线系统、狄拉克系统和外尔系统，因其独特的电子特性，已被视为未来电子、光学和量子器件的候选材料。通过展示非同态对称性如何独特地塑造它们的非线性光学响应，该研究为对称性设计的光电平台指明了策略。
“光波驱动的设备是超快科学的前沿，”该研究的第一作者 Navdeep Rana 补充道。“目前的研究表明，释放其全部潜力的关键在于量子材料中隐藏的对称性?！?/span>
该研究连接了量子材料、超快激光科学和非线性光学领域，展示了关于对称性的基本发现如何转化为真正的技术潜力。
