19:33 2023-05-30
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Ruperea simetriei prin impulsuri de lumină ultrascurte deschide noi căi cuantice pentru fononi coerenți
_ Rupere de simetrie prin ultrascurt impulsurile de lumină deschid noi căi cuantice pentru fononi coerenți
Atomii dintr-un cristal formează o rețea obișnuită, în care se pot deplasa la distanțe mici de la pozițiile lor de echilibru. Astfel de excitații fonice sunt reprezentate de stări cuantice. O suprapunere a stărilor de fonon definește un așa-numit pachet de undă de fonon, care este conectat cu oscilațiile coerente colective ale atomilor din cristal.
Fononii coerenți pot fi generați prin excitarea cristal cu un impuls de lumină de femtosecundă, iar mișcările lor în spațiu și timp pot fi urmărite prin împrăștierea unui impuls ultrascurt de raze X din materialul excitat. Modelul razelor X împrăștiate oferă o perspectivă directă asupra poziției momentane și a distanțelor dintre atomi. O secvență de astfel de modele oferă un „film” al mișcărilor atomice.
Proprietățile fizice ale fononilor coerenți sunt determinate de simetria cristalului, care reprezintă un aranjament periodic al celulelor unitare identice. Excitația optică slabă nu modifică proprietățile de simetrie ale cristalului. În acest caz, fononii coerenți cu mișcări atomice identice în toate celulele unitare sunt excitați. În schimb, excitația optică puternică poate rupe simetria cristalului și poate face ca atomii din celulele unitare adiacente să oscileze diferit.
Deși acest mecanism are potențialul de a accesa alți fononi, nu a fost explorat până acum.
p>
În jurnalul Physical Review B, cercetătorii de la Max-Born-Institute din Berlin, în colaborare cu cercetătorii de la Universitatea din Duisburg-Essen, au demonstrat un concept nou pentru excitarea și sondarea fononilor coerenți în cristalele unui simetrie întreruptă trecător. Cheia acestui concept constă în reducerea simetriei unui cristal prin excitație optică adecvată, așa cum s-a arătat cu bismutul semimetalic cristalin prototip (Bi).
Excitația ultrarapidă în infraroșu mediu a electronilor în Bi modifică distribuția spațială a sarcinii și, astfel, reduce tranzitoriu simetria cristalului. În simetria redusă, se deschid noi căi cuantice pentru excitarea fononilor coerenți. Reducerea simetriei determină o dublare a dimensiunii celulei unitare de la cadrul roșu cu doi atomi Bi la cadrul albastru cu patru atomi Bi. Pe lângă mișcarea atomică unidirecțională, celula unitară cu patru atomi Bi permite pachete coerente de unde fonice cu mișcări atomice bidirecționale.
Sondarea structurii cristaline tranzitorii direct prin difracția cu raze X femtosecunde relevă oscilații de intensitate difractată. , care persistă pe o scară de timp picosecunde. Oscilațiile apar din mișcările coerente ale pachetelor de unde de-a lungul coordonatelor fononului din cristalul cu simetrie redusă.
Frecvența lor de 2,6 THz este diferită de cea a oscilațiilor fononului la nivel de excitație scăzut. Interesant este că acest comportament are loc numai peste un prag al fluentei pompei optice și reflectă caracterul extrem de neliniar, așa-numitul neperturbativ al procesului de excitație optică.
În rezumat, ruperea simetriei indusă optic permite pentru modificarea spectrului de excitație al unui cristal pe scale de timp ultrascurte. Aceste rezultate pot deschide calea pentru direcționarea tranzitorie a proprietăților materialului și, astfel, implementarea de noi funcții în optoacustică și comutare optică.
Comentarii:
Adauga Comentariu