Ett team ledd av prof. Su Fuhai från Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS), tillsammans med forskare från Aerospace Information Research Institute och Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research har undersökte icke-jämviktselektron- och fonondynamiken hos den topologiska isolatorn Sb₂ Te₃ under tryck och utforskade den ultrasnabba fotofysiken över de elektroniska topologiska och gitterstrukturövergångarna.

Relevanta resultat har publicerats i Physical Review B .

Ultrasnabb spektroskopi kan registrera utvecklingen av exciterade tillstånd med femtosekunders tidsupplösning och sedan tillåta direkt tillgång till den ultrasnabba dynamiken som involverar kylning av heta elektroner, koherenta fononer, elektron-fononkopplingar, etc. Tryckmodulering med hjälp av en diamantstädcell (DAC) ger ett enkelt och rent sätt att kontinuerligt justera gitter- och elektroniska strukturer i material, vilket resulterar i olika fasövergångar. I högtrycksfasmaterial är tryckinducerade elektrontopologiska övergångar (ETT) utan gitteravbrott ofta kritiska för termiska elektroniska egenskaper och supraledning. Att undersöka elektron-fonon-interaktionerna på ETT är dock fortfarande utmanande.

I detta arbete undersökte forskarna den ultrasnabba fotobärardynamiken hos Sb₂ med femtosekund optisk pump-probe spektroskopi (OPPS) i kombination med DAC. Te₃ , en av prototypiska topologiska isolatorer.

OPPS användes för att spåra icke-jämviktsrelaxationerna för den heta elektronen och den koherenta akustiska fononen i tidsintervallet 100 pikosekunder under hydrostatiskt tryck upp till 30 GPa. Med stöd av Raman-spektroskopi identifierade forskarna ETT- och halvledar-halvmetallövergången runt 3 GPa och 5 GPa från tryckberoendet av fononvibrationer, avslappningstidskonstanter och koherenta fononer.

Spännande nog avslöjade OPPS en het phonon-flaskhalseffekt vid lågt tryck, som visade sig vara effektivt undertryckt tillsammans med uppkomsten av ETT. Detta fenomen tolkades i termer av den abrupta ökningen av tillståndstätheten och antalet Fermi-fickor, enligt de beräknade elektroniska strukturerna och gitterstrukturerna.

Dessutom fann de att fotobärardynamikens tryckberoende också exakt kan återspegla gitterstrukturövergångarna inklusive α-β och β-γ fasförändringar, även den blandade fasen.

Detta arbete utvecklar inte bara en ny förståelse av interaktionerna mellan elektron och gitter i Sb₂ Te₃ , men kan också ge en impuls för att bedöma de tryckinducerade topologiska fasövergångarna baserat på de ultrasnabba spektroskopierna. + Utforska vidare

Forskare avslöjar faktorer som påverkar elektron-fononkoppling i FeSe under tryck