Attosekundová fyzika a pokročilá kontrola generace vysokých harmonických frekvencí v pevných látkách

• Thesis title in Czech: Attosekundová fyzika a pokročilá kontrola generace vysokých harmonických frekvencí v pevných látkách
• Thesis title in English: Attosecond physics and advanced control of high harmonic generation in condensed matter
• Key words: Nelineární optika|fyzika pevných látek|ultrarychlé procesy|koherentní kontrola
• English key words: Nonlinear optics|condensed-matter physics|ultrafast phenomena|coherent control
• Academic year of topic announcement: 2022/2023
• Thesis type: dissertation
• Department: Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO)
• Supervisor: doc. RNDr. Martin Kozák, Ph.D.
• Author: Mgr. Adam Gindl - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 19.09.2023
• Date of assignment: 19.09.2023
• Confirmed by Study dept. on: 27.09.2023

Guidelines

Nelineární optika dovoluje manipulovat se světelnými vlnami pomocí jiných světelných polí s vysokou amplitudou elektrického pole. V klasickém případě lze nelineárně-optické procesy popsat pomocí rozvoje polarizace látky do řady se členy závisejícími na různých mocninách elektrického pole. Pokud však amplituda elektrického pole dále vzroste, přestává tato řada konvergovat a nelineárně-optická odezva materiálů se odehrává v tzv. režimu silného pole, kdy je dominantním mechanismem excitace elektronu kvantové tunelování. Pokud osvětlujeme materiál silným oscilujícím elektrickým polem, elektrony tunelují do vodivostního pásu v krátkém časovém okně v blízkosti maximální amplitudy pole. Dále jsou elektrony i díry polem koherentně urychlovány, přičemž během tohoto procesu může docházet k rekombinaci a vyzáření vysokoenergetických fotonů. Tato tzv. generace vysokých harmonických frekvencí v pevných látkách umožnila v nedávné době měřit elektrostatický potenciál v okolí rovnovážné polohy elektronů v krystalu nebo studovat vysokoenergetické stavy v pásové struktuře.
Cílem této práce bude studovat různé aspekty generace vysokých harmonických frekvencí v pevných látkách. Uchazeč se zaměří zejména na studium možností koherentní kontroly této generace pomocí kombinace optických pulzů na různých frekvencích či pomocí ultrakrátkých pulzů se stabilní fází pole vůči obálce. Hlavním cílem práce bude studovat ultrarychlou dynamiku elektronů během nelineárně-optické interakce v režimu silného pole pomocí nově vyvinutých metod attosekundové interferometrie, kdy bude pozorována spektrální interference harmonických frekvencí. Mezi studované procesy bude patřit dekoherence elektronů urychlených v krystalu na vysoké energie, která se odehrává na časových škálách několika femtosekund či kratších. Dále se uchazeč zaměří na studium vlivu sfázování na generaci vysokých harmonických frekvencí v pevných látkách v různých experimentálních geometriích. Mezi studované materiály budou patřit jak klasické polovodiče (Si, Ge, GaAs), tak širokopásové materiály (safír, SiO2, MgO) a 2D krystaly (MoS2, WSe2, hBN).

References

[1] Kärtner, F. X.: Few-Cycle Laser Pulse Generation and Its Applications, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2004
[2] Boyd, R. V.: Nonlinear Optics, Academic Press, San Diego, 1992
[3] Shah, J., Ultrafast Spectroscopy of Semiconductors and Semiconductor Nanostructures, Springer Series in Solid-State Sciences (Springer, New York) 1999.
[4] Hommelhoff, P., Kling, M. F., Attosecond Nanophysics: From Basic Science to Applications (Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA) 2015.
[5] Rullière, Claude (Ed.): Femtosecond Laser Pulses: Principles and Experiments, Springer-Verlag, Berlin, 2005.
[6]J.-C. Diels, W. Rudolph: Ultrashort laser pulse phenomena, Elsevier, Heidelberg, 2006.
[7]C. D. Lin, Anh-Thu Le, Cheng Jin, Hui Wei: Attosecond and Strong-Field Physics: Principles and Applications, Cambridge University Press, Cambridge, 2018.
[8]Články v odborných časopisech