La polarización circular ya no supone una barrera para la generación de altos armónicos

La generación de altos armónicos (HHG, por sus siglas en inglés) es un proceso en el cual un láser muy intenso interactúa con un material para producir nueva luz a frecuencias mucho más altas (los armónicos de la frecuencia del láser entrante). Esta luz dura solo unos pocos attosegundos (10⁻¹⁸ segundos), lo que la convierte en una herramienta invaluable para observar los movimientos electrónicos y nucleares dentro de átomos y moléculas, los cuales suelen ocurrir en escalas de tiempo demasiado rápidas para ser captadas por pulsos de luz más largos.

A pesar de la extensa investigación dedicada a comprender la HHG, aún quedan algunas cuestiones por resolver. Por ejemplo, se ha observado que cuando el campo láser entrante es una fuente de luz coherente y clásica, su polarización juega un papel crucial en el resultado. En particular, cuando la luz está polarizada circularmente —es decir, su campo eléctrico rota mientras se propaga— esto suele suprimir la generación de altos armónicos en los átomos.

Los investigadores del ICFO, el Dr. Javier Rivera-Dean y Philipp Stammer, dirigidos por el Prof. ICREA Maciej Lewenstein, en colaboración con el Prof. Dr. Marcelo Ciappina del Guangdong Technion – Israel Institute of Technology, han superado esta limitación, refutando la ya establecida creencia de que la luz con polarización circular no puede producir altos armónicos. Tras meses de trabajo, demostraron teóricamente que los altos armónicos pueden, de hecho, volver a emerger al introducir fluctuaciones lo suficientemente intensas en la luz láser. Los resultados fueron publicados hoy en Physical Review Letters.

Específicamente, el equipo consideró luz con fluctuaciones cuánticas diseñadas de tal modo que no puedan describirse únicamente mediante la física clásica, siendo estas provocadas por un fenómeno cuántico conocido como squeezing (compresión cuántica). Pero no solo demostraron la emisión de altos armónicos, sino que también encontraron que sus frecuencias e intensidades dependen de manera muy sensible de las propiedades cuánticas de la luz, en particular del tipo de squeezing aplicado. Finalmente, vincularon estas observaciones con cambios en el comportamiento subyacente de los electrones durante el proceso.

Los investigadores destacan que no es estrictamente necesario utilizar luz no clásica para permitir la HHG con polarización circular; en cambio, las fluctuaciones intensas —independientemente de su origen— son el factor clave. Sin embargo, según el Dr. Javier Rivera-Dean, autor principal del artículo: “Nuestro trabajo abre la emocionante posibilidad de utilizar fluctuaciones cuánticas estructuradas en la luz para modificar el proceso de generación de armónicos, y así plantear nuevas preguntas sobre su naturaleza y las consecuencias que podría tener en aplicaciones más complejas dentro de la ciencia de attosegundos”. Por lo tanto, este avance podría ofrecer nuevos métodos con gran potencial para controlar y estudiar la dinámica electrónica ultrarrápida en sistemas complejos, y seguir impulsando el desarrollo del emergente campo de la óptica cuántica de attosegundos.

Referencia:

1. Rivera-Dean, P. Stammer, M. F. Ciappina, and M. Lewenstein. Structured squeezed light allows for high-harmonic generation in classical forbidden geometries. Phys. Rev. Lett. (2025)

DOI: https://doi.org/10.1103/4hdl-bdwj

Agradecimientos:

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