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理事單位風(fēng)采——復(fù)旦大學(xué)張宗芝教授課題組在狄拉克半金屬薄膜聲子動(dòng)力學(xué)研究中取得重大進(jìn)展

2024-11-04 我要評論(0 )   

近日,復(fù)旦大學(xué)張宗芝教授課題組與南京大學(xué)張榮院士、王學(xué)鋒教授課題組等合作,利用脈沖激光沉積技術(shù)首次制備出高質(zhì)量的大面積拓?fù)涞依税虢饘俣诨K(PtTe2)薄膜,...

近日,復(fù)旦大學(xué)張宗芝教授課題組與南京大學(xué)張榮院士、王學(xué)鋒教授課題組等合作,利用脈沖激光沉積技術(shù)首次制備出高質(zhì)量的大面積拓?fù)涞依税虢饘俣诨K(PtTe2)薄膜,并通過時(shí)間分辨飛秒激光泵浦-探測測量系統(tǒng)和拉曼散射光譜,系統(tǒng)研究了PtTe2薄膜的聲子動(dòng)力學(xué)特性;通過不同偏振態(tài)的光激發(fā),探測到各向異性的Eg模式的相干光學(xué)聲子,揭示了由自旋極化電子激發(fā)主導(dǎo)的Eg模式聲子的產(chǎn)生機(jī)制,闡明了Eg模式聲子的耗散機(jī)制主要源于電子-聲子散射。這一研究成果突顯了自旋調(diào)控聲子的潛力,加深了聲子、自旋、電子之間的復(fù)雜多體相互作用的物理理解,對自旋電子學(xué)發(fā)展和量子材料的調(diào)控具有重要意義。該工作以“Anisotropic phonon dynamics in Dirac semimetal PtTe2 thin films enabled by helicity-dependent ultrafast light excitation”為題發(fā)表于《Light:Science & Applications》。


研究創(chuàng)新


為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn),研究團(tuán)隊(duì)首次在狄拉克半金屬PtTe2薄膜中探測到高頻的Eg模式相干光學(xué)聲子和低頻的縱向相干聲學(xué)聲子。當(dāng)不同旋性的圓偏振泵浦光激發(fā),相干光學(xué)聲子振蕩相位經(jīng)歷了180°的反向(圖1a),相干聲學(xué)聲子則保持同向(圖1c)。進(jìn)一步調(diào)節(jié)泵浦光的螺旋度,觀察到光螺旋度依賴的光學(xué)聲子的幅值、相位和與光螺旋度無關(guān)的光學(xué)聲子弛豫(圖1e),揭示了Eg模式聲子的產(chǎn)生和光激發(fā)的自旋極化電子的密切關(guān)聯(lián),這為拓?fù)洳牧现邢喔陕曌拥某旃庹{(diào)制提供了一種嶄新方法。


 

圖1. 全光產(chǎn)生、探測相干聲子和光螺旋度依賴的相干光學(xué)聲子。


通過改變探測光的線偏方向,研究團(tuán)隊(duì)開展了Eg模式聲子的各向異性研究。對比線偏振光激發(fā),圓偏振光激發(fā)的相干光學(xué)聲子展現(xiàn)四重對稱的幅值和各向異性的相位(圖2)。將PtTe2薄膜旋轉(zhuǎn)45°后,各向異性的現(xiàn)象保持一致,這證明了各向異性現(xiàn)象起源于超快光激發(fā)的各向異性的自旋極化電子,而非PtTe2晶體本身的取向。


圖2. 圓偏振光激發(fā)的Eg模式光學(xué)聲子。


隨后的溫度依賴測量進(jìn)一步揭示了光學(xué)聲子的耗散機(jī)制。在85-295 K的實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi),隨著溫度的升高,Eg模式聲子衰減速率表現(xiàn)出極為反常的降低。該現(xiàn)象主要來源于電子-聲子散射的貢獻(xiàn),而聲子-聲子散射(如三聲子和四聲子散射)非諧作用的貢獻(xiàn)則較小。而且,時(shí)域超快(圖3a)和頻域拉曼散射(圖3b)結(jié)果的一致性驗(yàn)證了對光學(xué)聲子耗散機(jī)制的分析。根據(jù)理論模型,計(jì)算得到的電聲耦合強(qiáng)度的常數(shù)系數(shù)高達(dá)0.92,表明了PtTe2是一種良好的電聲耦合材料。


 

圖3. Eg模式光學(xué)聲子的溫度依賴特性。


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