Un team guidato dal Prof. Su Fuhai dell'Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS), insieme a ricercatori dell'Aerospace Information Research Institute e del Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research ha ha studiato la dinamica degli elettroni e dei fononi di non equilibrio dell'isolante topologico Sb₂ Te₃ sotto pressione ed ha esplorato la fotofisica ultraveloce attraverso le transizioni della topologia elettronica e della struttura reticolare.

I risultati rilevanti sono stati pubblicati in Physical Review B .

La spettroscopia ultraveloce può registrare l'evoluzione degli stati eccitati con una risoluzione temporale di femtosecondi e quindi consentire l'accesso diretto alla dinamica ultraveloce che coinvolge il raffreddamento degli elettroni caldi, i fononi coerenti, gli accoppiamenti elettrone-fononi, ecc. La modulazione della pressione utilizzando una cella a incudine di diamante (DAC) fornisce un modo semplice e pulito per regolare continuamente il reticolo e le strutture elettroniche nei materiali, ottenendo diverse transizioni di fase. Nei materiali in fase ad alta pressione, le transizioni topologiche elettroniche (ETT) indotte dalla pressione senza rottura del reticolo sono spesso critiche per le proprietà termoelettroniche e la superconduttività. Tuttavia, lo studio delle interazioni elettrone-fonone su ETT rimane impegnativo.

In questo lavoro, utilizzando la spettroscopia ottica a pompa-sonda a femtosecondi (OPPS) in combinazione con DAC, i ricercatori hanno studiato la dinamica ultraveloce del fotoportante dell'Sb₂ Te₃ , uno dei prototipi di isolatori topologici.

OPPS è stato impiegato per tracciare i rilassamenti di non equilibrio dell'elettrone caldo e del fonone acustico coerente nell'intervallo di tempo di 100 picosecondi sotto pressione idrostatica fino a 30 GPa. Supportati dalla spettroscopia Raman, i ricercatori hanno identificato l'ETT e la transizione semiconduttore-semimetallo intorno a 3 GPa e 5 GPa dalla dipendenza dalla pressione delle vibrazioni fononiche, dalle costanti di tempo di rilassamento e dai fononi coerenti.

È interessante notare che l'OPPS ha rivelato un effetto collo di bottiglia dei fononi caldi a bassa pressione, che è risultato essere efficacemente soppresso insieme all'inizio dell'ETT. Questo fenomeno è stato interpretato nei termini del brusco aumento della densità di stato e del numero di tasche di Fermi, secondo le strutture elettroniche e reticolari calcolate.

Inoltre, hanno scoperto che la dipendenza dalla pressione della dinamica del fotoportante potrebbe anche riflettere esattamente le transizioni della struttura del reticolo inclusi i cambiamenti di fase α-β e β-γ, anche la fase mista.

Questo lavoro non solo sviluppa una nuova comprensione delle interazioni tra elettrone e reticolo in Sb₂ Te₃ , ma può anche fornire uno slancio per valutare le transizioni di fase topologiche indotte dalla pressione sulla base delle spettroscopie ultraveloci. + Esplora ulteriormente

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