Un equipo dirigido por el Prof. Su Fuhai de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas (HFIPS) de la Academia de Ciencias de China (CAS), junto con investigadores del Instituto de Investigación de Información Aeroespacial y el Centro de Investigación Avanzada de Ciencia y Tecnología de Alta Presión ha investigó la dinámica de electrones y fonones fuera del equilibrio del aislador topológico Sb₂ Te₃ bajo presión y exploró la fotofísica ultrarrápida a través de las transiciones topológicas electrónicas y de estructuras reticulares.

Se han publicado resultados relevantes en Physical Review B .

La espectroscopia ultrarrápida puede registrar la evolución de los estados excitados con una resolución de tiempo de femtosegundos y luego permitir el acceso directo a la dinámica ultrarrápida que involucra el enfriamiento de electrones calientes, fonones coherentes, acoplamientos electrón-fonón, etc. La modulación de presión usando una celda de yunque de diamante (DAC) proporciona una forma simple y limpia de ajustar continuamente la red y las estructuras electrónicas en los materiales, lo que da como resultado diferentes transiciones de fase. En los materiales de fase de alta presión, las transiciones topológicas de electrones (ETT) inducidas por la presión sin desprendimiento de red suelen ser críticas para las propiedades termoelectrónicas y la superconductividad. Sin embargo, investigar las interacciones electrón-fonón en ETT sigue siendo un desafío.

En este trabajo, utilizando espectroscopía de bomba-sonda óptica de femtosegundos (OPPS) en combinación con DAC, los investigadores investigaron la dinámica del fotoportador ultrarrápido del Sb₂ Te₃ , uno de los aisladores topológicos prototípicos.

Se empleó OPPS para rastrear las relajaciones de desequilibrio del electrón caliente y el fonón acústico coherente en el rango de tiempo de 100 picosegundos bajo una presión hidrostática de hasta 30 GPa. Con el apoyo de la espectroscopia Raman, los investigadores identificaron la transición ETT y semiconductor-semimetal alrededor de 3 GPa y 5 GPa a partir de la dependencia de la presión de las vibraciones de los fonones, las constantes de tiempo de relajación y los fonones coherentes.

Curiosamente, OPPS reveló un efecto de cuello de botella de fonones calientes a baja presión, que se suprimió de manera efectiva junto con el inicio de ETT. Este fenómeno fue interpretado en términos del aumento abrupto en la densidad de estado y el número de bolsillos de Fermi, según las estructuras electrónicas y reticulares calculadas.

Además, descubrieron que la dependencia de la presión de la dinámica del fotoportador también podría reflejar con exactitud las transiciones de la estructura reticular, incluidos los cambios de fase α-β y β-γ, incluso la fase mixta.

Este trabajo no solo desarrolla una nueva comprensión de las interacciones entre el electrón y la red en Sb₂ Te₃ , pero también puede proporcionar un impulso para evaluar las transiciones de fase topológicas inducidas por la presión en función de las espectroscopias ultrarrápidas. + Explora más

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