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Nonlocal nonlinear optical response of solids

Description du projet

Calcul innovant des conductivités non linéaires

Lorsque la lumière laser brille sur un cristal, les ondes lumineuses et les courants électriques interagissent et produisent des effets optiques non linéaires d’une grande importance pour la science fondamentale et les applications. Les conductivités dites non linéaires (coefficients d’une expansion perturbative de la densité de courant sur les champs optiques) rendent compte de l’ensemble de la réponse optique des matériaux pour des intensités lumineuses non extrêmes. Cependant, leur calcul pour des matériaux spécifiques est complexe et repose sur une approximation qui omet d’importants effets magnéto-optiques et magnétoélectriques, entre autres phénomènes importants. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet NL2Optic entend répondre à ce problème par une théorie innovante de la réponse optique non linéaire non locale des solides cristallins en vrac, en combinant des méthodes perturbatives et ab initio.

Objectif

Understanding the light-matter interactions taking place inside a crystalline solid is a challenging task, but of great significance both for fundamental science and technological applications. When laser light shines on a crystal, light waves and electric currents interact and give rise to a multitude of interesting and relevant nonlinear optical (NLO) effects: harmonic generation, current injection, the Kerr effect, and many more.1 Their study forms a rich and broad subject that sits at the intersection of nonlinear optics and condensed matter physics.
Most of these effects are captured by a perturbative expansion of the current density on the optical fields. The coefficients of the expansion are the linear, second, third and higher order conductivities. They are in general functions of time and space (or frequency and momentum) and, for light intensities that are not too extreme, encapsulate the entire optical response of the material. Indeed, the nonlinear conductivities provide a unifying framework for understanding the aforementioned nonlinear phenomena, with each nonlinear effect being ascribed to a particular frequency component of a conductivity.
Material-specific calculations of the nonlinear conductivity remain difficult, however, mostly relying on the electric-dipole (infinite wavelength) approximation, whereby the spatial dependence of the conductivity is neglected (local response) on account of the approximate uniformity of the optical fields at the scale of the unit cell. This approximation leaves out important magneto-optical and magnetoelectric effects, as well as the possibility of second order nonlinearities in centrosymmetric materials.
The proposed project (NL2Optic) aims to overcome this limitation by developing and applying a theory of the nonlocal nonlinear optical response of bulk crystalline solids. The proposal merges perturbative methods introduced by the applicant and a well established ab initio approach developed by the host.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

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Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinateur

UNIVERSIDAD DEL PAIS VASCO/ EUSKAL HERRIKO UNIBERTSITATEA
Contribution nette de l'UE
€ 194 074,56
Coût total
Aucune donnée

Partenaires (1)