【阿儀網 實驗室動態】中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室在強激光電場與拓撲新物態相互作用新現象和新物理研究中取得進展，實驗上首次證實了拓撲表面態貢獻的高次諧波輻射，并揭示了其物理機制，為拓撲強場物理和強場與物質相互作用領域的研究帶來了新的推動力。相關研究成果以High-harmonic generation from topological surface states為題，發表在《自然-物理》（Nature Physics）上。
  拓撲相變和拓撲物相的研究開啟了凝聚態物理研究的新篇章，在2016年，被授予諾貝爾物理學獎。三維拓撲絕緣體因其具有新穎的表面拓撲電子態，具有不同尋常的電荷和自旋的輸運性質，受到研學界的廣泛關注。用強激光電場驅動拓撲表面態中的非線性電子動力學過程的研究，尚處于初始階段。理論研究工作表明強場驅動的高次諧波的產生過程敏感地依賴拓撲非平庸相，但目前，拓撲態產生高次諧波的實驗現象尚未見報道。
  該研究中，研究人員利用自行搭建的長波長超強激光脈沖裝置輸出的激光脈沖作用于拓撲絕緣體表面，以產生的高次諧波推演強場驅動的拓撲態電子動力學過程。實驗觀測到了延伸到9級次的高次諧波產生（圖a），并通過轉動拓撲絕緣體的方位角，測量了高次諧波光譜的調制（圖b-e），結果表明，奇級次與偶級次諧波的強度和偏振具有不同的角晶體方位角依賴關系。理論分析表明，平行于驅動光方向的偶次諧波來自拓撲表面態中的自旋電流，而表面態中電子的面外自旋導致了垂直方向的偶次諧波產生。由于高次諧波光譜中奇級次與偶級次諧波的不同來源，該研究提供了一種可以區分表面態與體相態電子輸運過程的新方法。強激光電場驅動的非線性動力學現象為研究三維拓撲絕緣體中拓撲表面態與體相態之間的相互作用過程提供了方案；為在亞周期的時間尺度內研究拓撲態的強場非線性現象和強場作用下的拓撲相變過程提供了技術手段。
  南京大學固體微結構物理國家重點實驗室為該研究的合作單位。研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項（B類）、中科院科研儀器設備研制項目和上海市發改委重大項目的支持。