内田健人 理学研究科特定助教、Giordano Mattoni 同特定研究員、米澤進吾 同准教授、前野悦輝 同教授、田中耕一郎 同教授らの研究グループは、中村文彦 久留米工業大学教授との共同研究によって、強相関物質の一種であるモット絶縁体Ca2RuO4において、强い赤外レーザー光を入射すると可视光に変换される高次高调波発生をはじめて観测し、その信号强度が惊くほど単纯な法则に従うことを発见しました。
近年、超短パルス光の発生技术の発展に伴い强い光を物质にあてることが可能になっています。これにより、目に见えない赤外レーザー光を物质に当てたときに放出される光の色が可视域に変わる高次高调波発生などの现象が生じます。高次高调波発生は半导体などの良く知られた材料ではその発生机构がおおよそ分かっています。一方、电子同士が强く相互作用して复雑な性质を示す强相関物质では高次高调波がほとんど観测されておらず、またどのような発生机构なのか分かっていませんでした。
本研究グループは、强相関电子系の1种である典型的なモット絶縁体颁补2RuO4において、高次高调波の観测に初めて成功しました。惊くことに高调波信号は材料を冷やすと急激に増加しました。この効果はこれまでどの材料でも観测されず、また理论予测もなかったものです。さらに研究グループは、この効果が电子相関により开く絶縁体ギャップエネルギーと高调波の光子エネルギーに対する惊くほど単纯な法则（図中右上）に従うことを明らかにしました。これは复雑な物理现象が単纯で美しい法则を示すことの一例と言え、本研究グループは电子相関に由来した新しい高调波発生机构がこの法则に関与していると考えています。
本成果は、强相関物质における非平衡ダイナミクスを解明する助けとなるでしょう。また、私たちの生活にも身近なレーザーポインターや光変调器などに使われる非线形光学材料にも新たな设计指针を与える可能性を示唆しています。
本研究成果は、2022年3月23日に、国際学術誌「Physical Review Letters」にオンライン掲載されました。
図：本研究のイメージ。温度罢を変えると高调波信号滨HHが大きく変わる。その背后にはギャップエネルギーΔと高调波の光子エネルギー丑νHHに関する法则（図右上の式）がある。【顿翱滨】
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K. Uchida, G. Mattoni, S. Yonezawa, F. Nakamura, Y. Maeno, K. Tanaka (2022). High-Order Harmonic Generation and Its Unconventional Scaling Law in the Mott-Insulating Ca?RuO?. Physical Review Letters, 128(12):127401.
