近日，南京大學固體微結構物理國家重點實驗室、物理學院、電子科學與工程學院、現代工程與應用科學學院、微結構科學與技術協同創新中心陳延彬、謝臻達和姚淑華研究組在外爾半金屬 β-WP2 晶體的光學效應研究中取得重要進展。

據悉，該研究團隊首次在實驗上發現外爾半金屬 β-WP2 中能夠同時有效地輸出奇數階和偶數階的高次諧波（High-harmonic generations），利用近紅外飛秒鐳射器，在相對低的鐳射強度下，實現深紫外光的輸出（190nm）。這一技術可實現全固態的深紫外光輸出，較現有的利用液態錫產生深紫外鐳射的技術，具有全固態和易於操縱的優勢。相關研究工作以“High-harmonic generation in Weyl semimetal β-WP2 crystals”為題發表在期刊《Nature Communications》。

南京大學官網訊息顯示，外爾半金屬是一種新穎的量子態，其電子遷移率通常較高，其中外爾半金屬 β-WP2 晶體更是具有 106 cm2/(V.s) 的遷移率。同時，第一性計算及角分辨光電子能譜的實驗表明，在 β-WP2 的外爾點（Weyl points）處，有峰狀的貝利（Berry）曲率。本文發現，外爾半金屬中貝利曲率是有效產生偶數階高次諧波的原因。即：基於具有貝利曲率的布洛赫振盪原理，解釋了外爾半金屬中奇、偶階高次諧波發生的機制。

實驗上，該研究團隊製備高質量的 β-WP2 單晶體，利用 1900 奈米的飛秒鐳射器，在相對低的鐳射強度（~0.29 TW/cm2）的激發下，同時觀測到奇數階和偶數階的高次諧波（高達 10 階），實現了真空紫外光的輸出（190nm）。理論上，對此進行了定量的描述：奇數階的高次諧波來源於電子的布洛赫振盪，偶數階的高次諧波則是來源於外爾點處的峰狀貝里曲率作用下的布洛赫振盪。結合晶體取向依賴的高次諧波光譜的理論擬合，還能夠從實驗資料反推出 β-WP2 的電子能帶結構和貝利曲率特徵。

這一結果證明外爾半金屬能夠有效地產生高次諧波，為利用拓撲半金屬態作為產生深紫外光的應用打下了基礎。同時證明高次諧波產生是研究具有複雜電子能帶結構的量子材料能帶結構和拓撲特性的一種有效的光學方法。

據悉，南京大學固體微結構物理國家重點實驗室於 1984 年成立，是由國家計委首批投資建設的國家重點實驗室之一。實驗室以凝聚態物理學、材料科學和資訊科學等多學科交叉融合為依託，面向量子調控等重大前沿科學問題和國民經濟發展的重大需求，圍繞微結構材料的設計、製備、性質及其應用等重大科學問題與技術關鍵，以量子調控研究、人工奈米結構材料與器件等為主要研究方向，設計、製備微米、亞微米、奈米尺度的新結構，揭示新的量子效應，發展量子調控科學，進而發展新一代的光電器件及其應用，以期為技術創新提供科學積累，促成我國新一代資訊科技的跨越式發展。