Dinámica ultrarrápida de material topológico estudiado bajo presión

Dinámica ultrarrápida de material topológico estudiado bajo presión


14 de mayo de 2022

(Noticias de Nanowerk) Un equipo dirigido por el Prof. SU Fuhai del Instituto Hefei de Ciencias Físicas (HFIPS) de la Academia de Ciencias de China (CAS) junto con investigadores del Instituto de Investigación de Información Aeroespacial y el Centro de Investigación Avanzada de Ciencia y Tecnología de Alta Presión, ha la dinámica de electrones y fonones estudiada en desequilibrio del aislador topológico Sb2Te3 bajo presión y exploró la fotofísica ultrarrápida a través de las transiciones topológicas electrónicas y de estructuras reticulares.

Los resultados correspondientes fueron publicados en Comprobación física B («Dinámica reticular y electrónica de no equilibrio de Sb2Te3 Presión negativa»). Espectros de reflectividad transitoria de Sb2Te3 a diferentes presiones Espectros de reflectividad transitoria de Sb2Te3 a diferentes presiones. (Imagen: SU Fuhai)

La espectroscopia ultrarrápida puede registrar la evolución de los estados excitados con una resolución de tiempo de femtosegundos y luego proporcionar acceso directo a la dinámica ultrarrápida que implica el enfriamiento de electrones calientes, fonones coherentes, acoplamientos de electrones y fonones, etc.

La modulación de presión de Diamond Anvil Cell (DAC) proporciona una forma simple y limpia de ajustar continuamente la red y las estructuras electrónicas en los materiales, lo que da como resultado diferentes transiciones de fase. En los materiales de fase de alta presión, las transiciones topológicas de electrones (ETT) inducidas por la presión sin interrupción de la red suelen ser críticas para las propiedades termoelectrónicas y la superconductividad. Sin embargo, obtener conocimiento de las interacciones electrón-fonón en ETT sigue siendo un desafío.

En este trabajo, los investigadores utilizaron espectroscopía óptica de sonda de bomba de femtosegundos (OPPS) combinada con DAC para estudiar la dinámica ultrarrápida del fotoportador de Sb.2Te3uno de los aisladores topológicos prototípicos.

OPPS se ha utilizado para rastrear las relajaciones de no equilibrio de electrones calientes y fonones acústicos coherentes en el dominio de tiempo de 100 picosegundos bajo presiones hidrostáticas de hasta 30 GPa. Con el apoyo de la espectroscopia Raman, los investigadores identificaron la transición entre el ETT y el semimetal semiconductor en torno a 3 GPa y 5 GPa a partir de la dependencia de la presión de las oscilaciones de fonones, las constantes de tiempo de relajación y los fonones coherentes.

Curiosamente, OPPS reveló un efecto de cuello de botella de fonones calientes de baja presión que se suprimió de manera efectiva junto con el inicio de ETT. Este fenómeno se interpretó en términos del salto en la densidad de estados y el número de bolsillos de Fermi según las estructuras electrónicas y reticulares calculadas.

Además, descubrieron que la dependencia de la presión de la dinámica del fotoportador también podría reflejar con precisión las transiciones de la estructura reticular, incluidos los cambios de fase α-β y β-γ, incluso la fase mixta.

Este trabajo no solo desarrolla una nueva comprensión de las interacciones entre el electrón y la red en Sb2Te3pero también puede dar un impulso para evaluar las transiciones de fase topológicas inducidas por la presión basadas en las espectroscopias ultrarrápidas.



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