Une équipe dirigée par le professeur Su Fuhai des Instituts de sciences physiques Hefei (HFIPS) de l'Académie chinoise des sciences (CAS), en collaboration avec des chercheurs de l'Institut de recherche sur l'information aérospatiale et du Centre de recherche avancée sur les sciences et technologies à haute pression a étudié la dynamique des électrons et des phonons hors d'équilibre de l'isolant topologique Sb₂ Te₃ sous pression et a exploré la photophysique ultrarapide à travers les transitions topologiques électroniques et de structure de réseau.

Les résultats pertinents ont été publiés dans Physical Review B .

La spectroscopie ultrarapide peut enregistrer l'évolution des états excités avec une résolution temporelle femtoseconde, puis permettre un accès direct à la dynamique ultrarapide impliquant le refroidissement des électrons chauds, les phonons cohérents, les couplages électron-phonon, etc. La modulation de pression à l'aide d'une cellule à enclume de diamant (DAC) fournit un moyen simple et propre d'ajuster en continu le réseau et les structures électroniques des matériaux, ce qui entraîne différentes transitions de phase. Dans les matériaux à phase haute pression, les transitions topologiques électroniques induites par la pression (ETT) sans décollement du réseau sont souvent essentielles pour les propriétés électroniques thermiques et la supraconductivité. Cependant, l'étude des interactions électron-phonon sur ETT reste difficile.

Dans ce travail, en utilisant la spectroscopie optique pompe-sonde femtoseconde (OPPS) en combinaison avec le DAC, les chercheurs ont étudié la dynamique des photoporteurs ultrarapides du Sb₂ Te₃ , l'un des isolants topologiques prototypiques.

OPPS a été utilisé pour suivre les relaxations hors d'équilibre de l'électron chaud et du phonon acoustique cohérent dans la plage de temps de 100 picosecondes sous une pression hydrostatique jusqu'à 30 GPa. Soutenus par la spectroscopie Raman, les chercheurs ont identifié l'ETT et la transition semi-conducteur-semi-métal autour de 3 GPa et 5 GPa à partir de la dépendance à la pression des vibrations des phonons, des constantes de temps de relaxation et des phonons cohérents.

Curieusement, OPPS a révélé un effet de goulot d'étranglement de phonons chauds à basse pression, qui s'est avéré être efficacement supprimé avec l'apparition de l'ETT. Ce phénomène a été interprété en termes d'augmentation brutale de la densité d'état et du nombre de poches de Fermi, selon les structures électroniques et de réseau calculées.

De plus, ils ont découvert que la dépendance à la pression de la dynamique du photoporteur pouvait également refléter exactement les transitions de la structure du réseau, y compris les changements de phase α-β et β-γ, même la phase mixte.

Ce travail développe non seulement une nouvelle compréhension des interactions entre l'électron et le réseau dans Sb₂ Te₃ , mais peut également fournir une impulsion pour évaluer les transitions de phase topologiques induites par la pression sur la base des spectroscopies ultrarapides. + Explorer plus loin

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