Une dynamique ultra-rapide dans les semi-conducteurs
Les échelles de temps qui régissent la redistribution des électrons et la réorganisation des atomes dans les semi-conducteurs après excitation se situent dans la plage de quelques femtosecondes à plusieurs microsecondes. Les impulsions laser peuvent exciter et sonder la dynamique des électrons et des réseaux avec une résolution temporelle jusqu'à 10 000 fois plus courte que d'autres techniques expérimentales. Là où des mesures récentes étaient disponibles, les scientifiques financés par l'UE ont utilisé une nouvelle méthode pour étudier les caractéristiques observées. La méthode pour simuler la redistribution des électrons dans le bismuth préparée dans des états physiques extrêmes par des impulsions laser polarisées ultra-courtes a été développée dans le cadre du projet ULTRADEX (Ultrafast energy transfer and dissipation in electronically excited materials: calculations from first principles). Lorsque les électrons passent dans le réseau de semi-conducteurs, les vibrations appelées phonons aident ou perturbent leur mouvement. Sur la base des premiers principes, la méthode ULTRADEX a permis aux scientifiques de calculer comment le taux de génération de phonons due à l'association électron-phonon varie avec le temps. Outre de meilleurs calculs de la force d'association, les scientifiques ont suivi la manière dont la population de phonons générés évoluait avec le temps en raison des interactions phonons-phonons. La même méthode a été utilisée dans le cas du germanium à photo-excitation pour expliquer les résultats des expériences de diffusion de rayons X. L'interaction entre les électrons et les phonons dans les semi-conducteurs peut révéler et contrôler d'importantes propriétés, facilitant la super-conductivité ou limitant la mobilité des électrons via la diffusion. Les résultats d'ULTRADEX devraient promouvoir les progrès dans l'étude des processus ultra-rapides de manière plus détaillée que cela n'a été possible jusqu'à présent.
Mots‑clés
Semi-conducteur, impulsion laser ultra-courte, bismuth, association électron-phonon, super-conductivité
