二维 THz 光谱学在电子系统中的应用：基于多体图解法

二维相干光谱学 (2DCS) 这一术语通常指实验 setup 中对样品中相干产生的电场进行记录，记录过程随两个时间变量的变化：两个连续激发脉冲之间的时延 $\tau$ 以及信号发射的时间 $t$。虽然已开发两多年用于研究振动分子态的亚秒时间域实现，但在用于相互作用电子系统的 THz 域下的实验应用仍处于初级阶段。本工作提供了一个通用的理论框架，用于基于多体语言和扰动图解法来描述和解释 2DCS，这种方法与线性光谱学中广泛应用的做法类似。我们聚焦于中心对称系统，展示了将 2D 图谱解释 recast 为两个互补问题。第一个问题是对 gauge 场的第三阶响应函数的求值。在速度规范下，这导致半解析表达式，既降低了计算复杂度，又帮助将谱特征分配给微观过程，如我们使用电子发生电荷密度波相变的 toy model 所示。第二个问题是对多波传播效应的严格处理。在bulk 系统中，这些效应可能遮蔽固有的非线性响应，本文以软超导 Josephson 电荷波为例进行说明。我们的结果为将 2DCS 扩展到复杂相互作用系统提供了坚实的基础，同时提供了一种灵活的方法，能够在任意谱宽范围内对非线性响应进行真实建模。