前沿 2018-10-16 11:10

研究人员揭示的光诱导相变的详细过程

汉同 摘自 美国麻省理工大学网站

【据美国麻省理工大学网站2018年10月15日报道】美国麻省理工学院、斯坦福大学和俄罗斯Skoltech研究所的一个联合研究小组观察到,当通过使用强烈的激光脉冲而不是改变温度来触发相变时,相变过程发生的方式截然不同。利用这种新的发现,研究人员可以制作新型的光电器件。在这项研究中,研究小组使用了一种称为电荷密度波的电子模拟物,这种电子模拟物的特征非常类似于结晶固体。虽然像冰这种材料的典型熔化行为以相对均匀的方式进行,但是当通过超快激光脉冲在电荷密度波中引起熔化时,这一过程的工作方式完全不同。研究人员发现,在光学诱导熔化期间,相变通过在材料中产生许多被称为拓扑缺陷的奇点而进行,而这些又反过来影响材料中电子和晶格原子随后的动态。Gedik解释说,这些拓扑缺陷类似于液体(如水)中产生的微小漩涡。观察这种独特熔化过程的关键是使用一套极高速度和精度的测量技术来捕捉这一过程。虽然之前已经观察到这些光学诱导的相变,但是它们的确切机制尚不清楚。该团队使用镧和碲的化合物LaTe3作为电荷密度波。然后采用超快电子衍射、瞬态反射率、时间和角度分辨光电子能谱三种技术结合的方式,同时观察电荷密度波对激光脉冲的响应。这些仪器一起可以跟踪材料中电子和原子在其变化和响应脉冲时的运动。在实验中他们能够观察到,当电荷密度波熔化时电子和原子的运动,以及有序结构进行重新固化的过程。研究人员能够清楚地观察并证实这些类似涡旋的拓扑缺陷的存在。他们还发现,重新固化的时间,包括这些缺陷的溶解,并不是统一的,而是在多个时间尺度上进行。电荷密度波的强度或振幅比晶格的有序性恢复得快得多。他们标识,研究的下一步是试图确定他们如何“以受控方式设计这些缺陷。”例如可以将其作为数据存储系统,使用这些光脉冲将缺陷写入系统,然后另一个脉冲擦除它们。该项研究由美国能源部、戈登和贝蒂·摩尔基金会、陆军研究办公室和Skoltech NGP计划资助,相关论文《Evidence for topological defects in a photoinduced phase transition》发表在Nature Physics杂志上。

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