Два лазерных импульса с задержкой усилили скольжение слоёв в сегнетоэлектрике WTe₂ при том же флюенсе
В скользящем сегнетоэлектрике WTe₂ один сильный импульс насыщает межслойный фонон. Та же энергия, разделённая на два согласованных по времени импульса, дала заметно большую амплитуду.
Исследователи из университетов Вюрцбурга и Ростока и ETH Zurich сообщили в Nature Physics, что разделение лазерной энергии на два согласованных по времени импульса вызывает в WTe₂ более сильное межслойное скольжение, чем один импульс с тем же суммарным флюенсом doi.org
Nature Physicsdoi.orgОткрыть источник ↗. WTe₂ относится к скользящим сегнетоэлектрикам: соседние атомные слои в таком материале могут смещаться друг относительно друга. Первый автор работы — Геррит Хорстман, руководитель молодёжной группы Emmy Noether в Вюрцбургском университете. Это лабораторное исследование материала, а не устройство.
Почему один импульс даёт насыщение
Смещающее возбуждение когерентных фононов, основной механизм запуска структурного движения, обычно предполагает, что силы, действующие на решётку, растут линейно с плотностью фотовозбуждённых носителей. При сильном возбуждении эта линейность может нарушаться, что ограничивает достижимые смещения решётки doi.org
Nature Physicsdoi.orgОткрыть источник ↗.
В WTe₂ time-resolved генерация второй гармоники показала, что фонон межслойного скольжения, определяющий сегнетоэлектричество, насыщается и даже ослабевает при возбуждении одним импульсом doi.org
Nature Physicsdoi.orgОткрыть источник ↗. Расчёты из первых принципов объясняют это зонно-специфической электрон-фононной связью, которая создаёт на решётку конкурирующие силы
doi.org
Nature Physicsdoi.orgОткрыть источник ↗. По словам Хорстмана, при очень сильном возбуждении электроны переходят в высокоэнергетические состояния, которые противодействуют направленному движению атомов, поэтому дополнительная энергия света уже не даёт пропорционально большего смещения.
Два импульса при фиксированном флюенсе
Авторы разделили оптическую энергию на два импульса, разнесённых во времени и подобранных так, чтобы не заселять противодействующие состояния. После первого импульса электронная система успевает частично релаксировать до прихода второго. Хорстман сравнивает подбор задержки с раскачиванием ребёнка на качелях. При фиксированном суммарном флюенсе такой подход дал заметно большие амплитуды фононов, чем возбуждение одним импульсом doi.org
Nature Physicsdoi.orgОткрыть источник ↗.
Усиленное скольжение выявляет режим ангармонической связи фононов, который возникает только вдали от равновесия doi.org
Nature Physicsdoi.orgОткрыть источник ↗. Процессы протекают за фемтосекунды. Хорстман отмечает, что выбор момента импульса открывает дополнительный способ использовать взаимодействие электронов и движения атомов. Он также указывает, что относительное движение слоёв может влиять на такие свойства материала, как сегнетоэлектричество и топология.
