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超快和耦合:量子材料氮化硼中的原子振动

日期:
2021年10月12日
来源:
马克斯玻恩非线性光学与短脉冲光谱学研究所
简介:
由几个原子层组成的材料显示出由量子物理决定的特性。在一堆这样的层中,原子的振动可以由红外光触发。新的实验和理论工作表明,六方氮化硼层内的原子振动,即所谓的横向光学声子,与层间的相互运动直接耦合。在大约20ps的周期内,耦合导致光学声子的频率下降和它们的光学共振。这种行为是量子材料的真正特性,也是高频光电子学应用的兴趣所在。
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完整的故事

由几个原子层组成的材料显示出由量子物理决定的特性。在一堆这样的层中,原子的振动可以由红外光触发。新的实验和理论工作表明,六方氮化硼层内的原子振动,即所谓的横向光学声子,与层间的相互运动直接耦合。在大约20ps的周期内,耦合导致光学声子的频率下降和它们的光学共振。这种行为是量子材料的真正特性,也是高频光电子学应用的兴趣所在。

六方氮化硼由层组成,其中共价键合的硼和氮原子形成一个规则的六环阵列。相邻层通过弱得多的范德华相互作用耦合。层中硼和氮原子的振动,即所谓的横向光学(TO)声子,显示出大约40太赫兹(THz, 4×10)的振荡频率13每秒的振动频率),比层间相对的剪切和呼吸运动高10到100倍。到目前为止,人们对光激发后这种运动的寿命及其耦合几乎一无所知。

来自柏林、蒙彼利埃、南特、巴黎和伊萨卡(美国)的科学家们进行了一项国际合作,现在提出了关于六方氮化硼中耦合声子的超快动力学的详细实验和理论结果。横向光学(TO)声子在8到9层氮化硼层的堆叠中显示出1.2 ps (1ps = 10)的寿命-12年s),而剪切和呼吸模式显示出22 ps的衰减时间。这些寿命是在飞秒泵浦探测实验中直接测量的,并且与声子衰减通道的理论分析得出的值非常吻合。

剪切模式和呼吸模式的激发引起了光学光谱中TO声子共振的特征光谱下移。理论计算给出了层叠不同模式之间的耦合能,并表明在多层体氮化硼晶体中,相应的耦合小到可以忽略不计。因此,观察到的耦合振动动力学代表了量子材料的真正性质。

光学光谱中TO声子共振的谱移是一种非线性光学效应,可以由中等功率的光引起。这对光电子学的应用很有兴趣,并且在千兆到太赫兹的频率范围内具有光调制器和开关的潜力。

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故事来源:

材料所提供的马克斯玻恩非线性光学与短脉冲光谱学研究所注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。


期刊引用

  1. Taehee Kang, Jia Zhang, Achintya Kundu, Klaus Reimann, Michael Woerner, Thomas Elsaesser, Bernard Gil, Guillaume Cassabois, Christos Flytzanis, Giorgia Fugallo, Michele Lazzeri, Ryan Page, Debdeep Jena。少层六方氮化硼的超快非线性声子响应物理检查B, 2021;104 (14) doi:10.1103 / PhysRevB.104.L140302

引用此页

马克斯·伯恩非线性光学与短脉冲光谱学研究所。“超快和耦合:量子材料氮化硼中的原子振动。”《科学日报》。科学日报,2021年10月12日。< www.koonmotors.com/releases/2021/10/211012095021.htm >。
马克斯·伯恩非线性光学与短脉冲光谱学研究所。(2021年10月12日)。超快和耦合:量子材料氮化硼中的原子振动。《科学日报》。2023年6月18日检索自www.koonmotors.com/releases/2021/10/211012095021.htm
马克斯·伯恩非线性光学与短脉冲光谱学研究所。“超快和耦合:量子材料氮化硼中的原子振动。”《科学日报》。www.koonmotors.com/releases/2021/10/211012095021.htm(2023年6月18日访问)。

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