光物理学：高強度場非線形フォノニクスで固体の原子間ポテンシャルをプローブする

可視周波数の非線形光学技術は、長年にわたって凝縮物質分光法に適用されてきた。しかし、固体の重要な励起の多くは低エネルギーに見られるため、非線形光学の中赤外周波数やテラヘルツ周波数への拡張によって得られることは多い。例えば、格子振動の非線形励起によって、物質関数の動的制御が可能になった。これまでのところ、フォノンの二次非線形性の利用は、10⁶ V cm⁻¹に近いテラヘルツ場強度で可能になったにすぎない。今回我々は、電場強度の1桁増強を実現し、より高次のフォノンの非線形性について調べた。我々は、強誘電物質であるニオブ酸リチウムにおいて、A₁（横光学）フォノンモードの高調波を最高で五次高調波まで励起した。中赤外超短レーザーパルスを用いて原子を平衡位置から離れるように駆動し、振幅の大きい原子の軌跡を測定することによって、ニオブ酸リチウムの原子間ポテンシャルをサンプリングし、この物質のab initio計算の基準が得られた。高次非線形フォノニクスによるエネルギー面のトモグラフィーは、古典的相転移や量子相転移の研究を含む多方面にわたる物質研究に役立つ可能性がある。

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