使用新谐波设施深入了解拓扑绝缘体量子相变，量子科学突破在即

拓扑绝缘体，或称TIs，有两个面。电子会沿着表面边缘自由流动，就像高速公路上的汽车，但根本不能穿过材料内部。创造这种独特的量子态需要一组特殊的条件——一部分是电导体，一部分是绝缘体，科学家们希望有朝一日能将其用于自旋电子学、量子计算和量子传感等领域。
在这方面的最新进展中，美国能源部SLAC国家加速器实验室和美国某大学的研究人员系统地探索了这种“相变”，在这种相变中，TIs会失去了其量子特性，变成了另一个普通绝缘体。他们通过使用螺旋激光束产生谐波来实现这一点，就像从他们正在检查的材料中拨动吉他弦的振动一样。科学家们解释说这些谐波使得人们很容易区分高速层和内部发生的情况，并看到一种状态如何转变为另一种状态。
“这种材料产生的谐波放大了我们想要测量的效果，我们使之成为一种非常敏感的方式来观察TIs中的情况。”一位科学家解释说。“由于这种基于光的方法可以在实验室中使用桌面设备完成，因此与以前的一些方法相比，探索研究这些材料会更加的容易。”
另一位科学家补充说，这些结果令人兴奋，因为研究表明，新方法发现TIs在高速层和绝缘状态之间来回翻转，非常的精细。科学家们解释说，这是一系列关于高次谐波产生HHG的研究中的最新进展，高次谐波是一种通过将激光照射到材料中而将其转换为更高能量和频率的现象，频率在不同的步骤中移动，就像按吉他弦发出的音符。
在过去的十几年里，美国科学家们成功地在一些被认为不太可能甚至完全不可能成为HHG候选材料的材料中实现了这一点，包括晶体、冷冻氩气和原子薄半导体材料。他们甚至能够产生阿秒激光脉冲，其时间尺度仅持续十亿分之一秒，可以通过将激光照射普通玻璃来观察和控制电子的运动。目的是看看是否有可能在拓扑绝缘体中产生HHG，这是任何量子材料都无法实现的壮举。经过几年的工作，该团队发现，是的，这是可以做到的，但前提是激光是圆偏振的。
这种螺旋状的激光还有一个好处：通过改变其偏振，他们能够从德州某设施的人造高速层内部获得强烈的分离信号，这使得科学家们能够很容易地区分材料的这两个对比部分发生了什么。
在目前的研究中，科学家们开始证明新方法可以通过改变钛材料硒化铋的组成和他们击中它的超短激光脉冲的特性来做什么，以了解每种组合如何影响材料产生的谐波。激光通常是线性偏振的，这意味着它的波只在一个方向上下振荡，但它也可以是圆偏振的，所以它的波像螺旋一样绕着光的传播方向旋转。科学家们一项新研究预测，这种圆偏振光可以用来以以前不可能的方式探索量子材料。