Een team onder leiding van Prof. Su Fuhai van de Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) van de Chinese Academy of Sciences (CAS), samen met onderzoekers van het Aerospace Information Research Institute en het Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research heeft onderzocht de niet-evenwichtselektronen- en fonondynamica van de topologische isolator Sb₂ Te₃ onder druk en verkende de ultrasnelle fotofysica over de elektronische topologische en roosterstructuurovergangen.

Relevante resultaten zijn gepubliceerd in Physical Review B .

Ultrasnelle spectroscopie kan de evolutie van aangeslagen toestanden met femtoseconde tijdresolutie vastleggen en vervolgens directe toegang geven tot de ultrasnelle dynamiek met betrekking tot de hete elektronenkoeling, coherente fononen, elektron-fononkoppelingen, enz. Drukmodulatie met behulp van een diamanten aambeeldcel (DAC) biedt een eenvoudige en schone manier om de roosters en elektronische structuren in materialen continu aan te passen, wat resulteert in verschillende faseovergangen. In hogedrukfasematerialen zijn drukgeïnduceerde elektronentopologische overgangen (ETT's) zonder roosterabruptie vaak van cruciaal belang voor thermische elektronische eigenschappen en supergeleiding. Het blijft echter een uitdaging om de elektron-fonon-interacties op ETT te onderzoeken.

In dit werk, met behulp van femtoseconde optische pomp-sonde spectroscopie (OPPS) in combinatie met DAC, onderzochten de onderzoekers de ultrasnelle dynamiek van de fotodrager van de Sb₂ Te₃ , een van de prototypische topologische isolatoren.

OPPS werd gebruikt om de niet-evenwichtsrelaxaties van het hete elektron en coherente akoestische fonon te volgen in het tijdsbereik van 100 picoseconden onder hydrostatische druk tot 30 GPa. Ondersteund door Raman-spectroscopie, identificeerden de onderzoekers de ETT en halfgeleider-semimetaalovergang rond 3 GPa en 5 GPa uit de drukafhankelijkheid van fonontrillingen, relaxatietijdconstanten en coherente fononen.

Intrigerend genoeg onthulde OPPS een hot fonon bottleneck-effect bij lage druk, dat effectief werd onderdrukt samen met het begin van ETT. Dit fenomeen werd geïnterpreteerd in termen van de abrupte toename van de toestandsdichtheid en het aantal Fermi-pockets, volgens de berekende elektronische en roosterstructuren.

Bovendien ontdekten ze dat de drukafhankelijkheid van de dynamiek van de fotodrager ook exact de overgangen van de roosterstructuur kon weerspiegelen, inclusief α-β en β-γ faseveranderingen, zelfs de gemengde fase.

Dit werk ontwikkelt niet alleen een nieuw begrip van de interacties tussen elektron en rooster in Sb₂ Te₃ , maar kan ook een impuls geven om de drukgeïnduceerde topologische faseovergangen te beoordelen op basis van de ultrasnelle spectroscopieën. + Verder verkennen

Wetenschappers onthullen factoren die de elektron-fononkoppeling in FeSe onder druk beïnvloeden