超越材料中光-物质相互作用的电偶极子处理：体相 Si 中的非偶极谐波产生
Beyond Electric-Dipole Treatment of Light-Matter Interactions in Materials: Nondipole Harmonic Generation in Bulk Si
AI总结：
针对非偶极项破坏晶格周期性、限制 Bloch 定理应用的问题，本文提出保持平移对称性的非偶极光-物质形式体系，并首次对体相 Si 的非微扰谐波产生进行第一性原理模拟。
摘要：
要描述用于量子材料表征与控制的新兴 X 射线和 THz 应用，需要一种超越电偶极子的光-物质理论；但由于非偶极的晶格非周期项阻碍 Bloch 定理的使用，该理论一直难以获得。为规避这一问题，我们推导了一套形式体系，可在保持晶格平移对称性的同时捕捉强电磁场中的主导非偶极效应。该方法首次实现了对 Si 中非微扰谐波产生的精确非偶极第一性原理微观模拟。我们揭示了非偶极诱导的横向电流会产生微扰性偶次谐波，并展示了在激光损伤阈值附近非偶极高次谐波产生的起始。
英文摘要：
A beyond electric-dipole light-matter theory is needed to describe emerging X-ray and THz applications for characterization and control of quantum materials but inaccessible as nondipole lattice-aperiodic terms impede on the use of Bloch's theorem. To circumvent this, we derive a formalism that captures dominant nondipole effects in intense electromagnetic fields while conserving lattice translational symmetry. Our approach enables the first accurate nondipole first-principles microscopic simulation of nonperturbative harmonic generation in Si. We reveal nondipole-induced transverse currents generating perturbative even-ordered harmonics and display the onset of nondipole high harmonic generation near the laser damage threshold.
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