High-order harmonic generation in graphene and carbon nanotubes

Resumen

Esta tesis presenta un estudio teórico exhaustivo del proceso de generación de armónicos de orden alto (HHG) inducidos por pulsos láser infrarrojos, ultracortos e intensos, en dos tipos diferentes de alótropos de carbono de baja dimensión: grafeno monocapa 2D (SLG) y nanotubos de carbono de pared simple 1D (SWNTs). Los resultados obtenidos muestran la aparición de una meseta espectral no perturbativa cuando la intensidad del láser es lo suficientemente elevada, aunque a diferencia de otros sistemas más conocidos, como átomos, moléculas o sólidos semiconductores, no parece existir una ley simple que gobierne el escalado de la frecuencia de corte espectral con la intensidad del pulso. La interpretación de este comportamiento particular nos permite revelar el mecanismo fundamental para la HHG en esas estructuras alotrópicas. Usando un modelo para la emisión dipolar basado en la aproximación del punto de silla, mostramos que el primer paso para la HHG en estos materiales es radicalmente diferente del proceso de ionización/excitación por efecto túnel que se observa en sistemas gaseosos y en sólidos semiconductores, y que está estrechamente relacionado con la geometría singular de su estructura de bandas. En este sentido, demostramos el papel crucial que los puntos de Dirac en el grafeno y las singularidades de van Hove en los SWNTs juegan en la creación de pares electrón-hueco. También mostramos que la respuesta armónica de orden alto en SLG es altamente anisotrópica, lo que hace posible la emisión de armónicos polarizados elípticamente a partir de pulsos láser con polarización lineal, y de armónicos polarizados linealmente a partir de pulsos polarizados elípticamente.