精密测量院在利用高次谐波谱学识别准晶局域同构类的研究方面取得重要进展

准晶是介于晶体与非晶之间的一种不具有平移周期性的有序体系。与晶体不同，准晶具有两种或两种以上的原胞，且它们铺满整个物理空间的方式有无数种。这些排列方式各异的准晶构型可以被分类为不同的局域同构类，且理论上表明不同局域同构类在自由能、熵等物理性质上存在明显差异。由于不同局域同构类的电子衍射谱差异非常微弱，这一判断晶体结构的“金标准”不再适用。因此如何区分准晶的局域同构类一直是晶体谱学中一个未被解决的问题。

当超快强激光与物质非线性相互作用时会辐射出高次谐波，这是一种极端的频率上转换过程，可以产生数倍于驱动激光频率的光子能量。高次谐波在获取阿秒脉冲、产生相干极紫外光源方面具有重要的应用价值。高次谐波源于激光驱动下物质中电子的超快宽域运动，它编码了丰富的物质微观结构信息。

近日，精密测量院激光诱导超快电子动力学研究组通过模拟激光与二维广义Penrose准晶相互作用时的高次谐波辐射，提出了一种区分准晶局域同构类的高次谐波谱学方案。如图1所示，研究结果表明非局域同构的准晶构型的谐波产率存在明显差异，这源于16种顶角环境在不同局域同构类中的分布和占比不同，并影响了电子运动以及谐波辐射的相干性。同时，这项研究还表明准晶取向依赖的谐波产率具有晶体学禁戒的旋转对称性，是准晶谐波辐射的标志性特征。

（a）激光垂直照射于二维准晶并产生高次谐波辐射的示意图

（b）两种不同局域同构类的各阶谐波产率对比

该项成果是激光诱导超快电子动力学团队在准晶强场超快动力学研究领域继准晶分形能带电子动力学理论之后，又一重要理论进展，并以“Distinguishing local isomorphism classes in quasicrystals by high-order harmonic spectroscopy”为题发表在《自然·通讯》(Nat.Commun.)上，博士后刘佳奇为第一作者，研究员卞学滨为通讯作者。

该研究得到了湖北省创新群体项目、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划、博新计划、博士后面上等项目的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55205-x