論文の概要: Strong-field physics in three-dimensional topological insulators
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.01265v1
- Date: Tue, 4 Aug 2020 01:24:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-07 04:40:45.552553
- Title: Strong-field physics in three-dimensional topological insulators
- Title（参考訳）: 3次元位相絶縁体における強場物理
- Authors: Denitsa Baykusheva, Alexis Chac\'on, Dasol Kim, Dong Eon Kim, David A.
Reis, Shambhu Ghimire
- Abstract要約: 本研究では, パラメタティックな3次元トポロジカル絶縁体ビセルエニドからの非摂動性高次高調波発生過程に着目した。
我々はスピン軌道結合バルク状態とトポロジカル表面バンドの寄与を別々に分析し、それらの高調波収率がレーザー場の楕円性に依存するかの大きな違いを明らかにする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We investigate theoretically the strong-field regime of light-matter
interactions in the topological-insulator class of quantum materials. In
particular, we focus on the process of non-perturbative high-order harmonic
generation from the paradigmatic three-dimensional topological insulator
bismuth selenide (Bi$_2$Se$_3$) subjected to intense mid-infrared laser fields.
We analyze the contributions from the spin-orbit-coupled bulk states and the
topological surface bands separately and reveal a major difference in how their
harmonic yields depend on the ellipticity of the laser field. Bulk harmonics
show a monotonous decrease in their yield as the ellipticity increases, in a
manner reminiscent of high harmonic generation in gaseous media. However, the
surface contribution exhibits a highly non-trivial dependence, culminating with
a maximum for circularly polarized fields. We attribute the observed anomalous
behaviour to: (i) the enhanced amplitude and the circular pattern of the
interband dipole and the Berry connections in the vicinity of the Dirac point;
and (ii) the influence of the higher-order, "hexagonal warping" terms in the
Hamiltonian, which are responsible for the hexagonal deformation of the energy
surface at higher momenta. The latter are associated directly with
spin-orbit-coupling parameters. Our results thus establish the sensitivity of
strong-field driven high harmonic emission to the topology of the band
structure as well as to the manifestations of spin-orbit interaction.
- Abstract（参考訳）: 量子材料のトポロジカル絶縁体クラスにおける光-物質相互作用の強磁場状態について理論的に検討する。
特に,高次高次高次高調波発生過程に着目し,高強度中赤外レーザー磁場を受ける3次元トポロジー絶縁体ビスマスセレン化物 (Bi$_2$Se$_3$) を用いた。
我々はスピン軌道結合バルク状態とトポロジカル表面バンドの寄与を別々に分析し、それらの高調波収率がレーザー場の楕円性に依存するかの大きな違いを明らかにする。
バルク高調波は、気体中の高高調波発生を思わせる形で、楕円性が増加するにつれて単調な収率減少を示す。
しかし、表面の寄与は非常に非自明な依存を示し、円偏光場に対して最大となる。
観察された異常な行動は
(i)ディラック点近傍におけるバンド間双極子及びベリー接続の振幅の増大と円パターン
(ii)ハミルトニアンにおける高次な「ヘキサゴナルワーピング」項の影響は、より高いモータにおけるエネルギー面の六角形変形の原因となっている。
後者はスピン軌道結合パラメータに直接関連している。
この結果から, 強磁場による高調波放射は, バンド構造のトポロジーやスピン軌道相互作用の顕在化に有効であることがわかった。
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