量子物理学：高次高調波生成における干渉する結晶電子のリアルタイム観測

粒子の加速と衝突は物質の構造を調べる重要な方法である。強い光波は電子波束を制御し再衝突させて、高次高調波放射を生成する。この放射は、原子や分子の構造とダイナミクスをエンコードし、アト秒科学の基盤となる。最近、バルク固体において高次高調波生成が発見されたが、これは超高速加速という着想と複雑な凝縮物質系を結び付けるものであり、小型の固体アト秒源と光周波数でのエレクトロニクスに希望をもたらすものである。しかし、基礎となる量子運動はこれまでリアルタイムで観測できなかった。今回我々は、バルク固体における高次高調波生成を時間領域で直接研究し、結晶における新しい種類の強場励起を明らかにした。確立されている原子光源とは異なり、我々が用いた固体は、駆動するテラヘルツ波形の片方の極性の場の波頭と時間的に一致するサブサイクルのバースト列として高次高調波放射を放出する。我々は、こうした特徴が、複数の価電子帯の電子が関与する非摂動的な量子干渉過程の特性であることを示す。これらの結果から、将来の固体アト秒光源や次世代の光波エレクトロニクスに重要な機構が確認された。この新しい量子干渉過程によって、全光バンド構造再構成への希望が現実的なものとなり、光学的なクロックレートで実行できる量子論理演算の基盤が築かれた。

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