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Revealing the frequency-dependent oscillations in the nonlinear terahertz response induced by the Josephson current

National Science Review 2023年第11期10卷 110-117页

作者： Sijie Zhang Zhiyuan Sun Qiaomei Liu Zixiao Wang Qiong Wu Li Yue Shuxiang Xu Tianchen Hu Rongsheng Li Xinyu Zhou Jiayu Yuan Genda Gu Tao Dong Nanlin Wang International Center for Quantum Materials School of PhysicsPeking University State Key Laboratory of Low-Dimensional Quantum Physics and Department of Physics Tsinghua University Condensed Matter Physics and Materials Science Department Brookhaven National Lab Beijing Academy of Quantum Information Sciences

Nonlinear responses of superconductors to intense terahertz radiation has been an active research *** terahertz pump-terahertz probe spectroscopy, we investigate the c-axis nonlinear optical response of a high-temperature superconducting cuprate. After excitation by a single-cycle terahertz pump pulse, the reflectivity of the probe pulse oscillates as the pump-probe delay is varied. Interestingly, the oscillatory central frequency scales linearly with the probe frequency, a fact widely overlooked in pump-probe experiments. By theoretically solving the nonlinear optical reflection problem on the interface, we show that our observation is well explained by the Josephson-type third-order nonlinear electrodynamics, together with the emission coefficient from inside the material into free space. The latter results in a strong enhancement of the emitted signal whose physical frequency is around the Josephson plasma edge. Our result offers a benchmark for and new insights into strong-field terahertz spectroscopy of related quantum materials.

关键词： high-temperature superconducting cuprates nonlinear optics time-domain tarahertz

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