Dinamiche ultraveloci nei semiconduttori
I tempi che governano la ridistribuzione degli elettroni e la riorganizzazione degli atomi nei semiconduttori successivamente all’eccitazione sono compresi in un intervallo che va da pochi femtosecondi fino a diversi microsecondi. Gli impulsi laser possono eccitare e sondare le dinamiche di elettroni e reticoli con una risoluzione temporale fino a 10 000 volte inferiore rispetto ad altre tecniche sperimentali. Nei casi in cui erano disponibili le recenti misurazioni, gli scienziati finanziati dall’UE hanno utilizzato un nuovo metodo per studiare le caratteristiche osservate. Il metodo per simulare la ridistribuzione degli elettroni nel bismuto preparato in stati fisici estremi mediante impulsi laser polarizzati e ultracorti è stato sviluppato nell’ambito del progetto ULTRADEX (Ultrafast energy transfer and dissipation in electronically excited materials: calculations from first principles). Quando gli elettroni conducono attraverso il reticolo di semiconduttori, le vibrazioni fanno in modo che i fononi aiutino oppure ostacolino il loro movimento. Sulla base dei primi principi, il metodo ULTRADEX ha permesso agli scienziati di calcolare la variazione nel tempo relativa al tasso di generazione di fononi provocato dall’accoppiamento elettrone-fonone. Oltre a migliori calcoli della forza di accoppiamento, gli scienziati hanno scoperto il modo in cui la popolazione di fononi generata si sia evoluta nel tempo a causa di interazioni fonone-fonone. Lo stesso metodo è stato impiegato anche nel caso del germanio foto-eccitato per spiegare i risultati degli esperimenti di diffusione a raggi X. L’interazione tra elettroni e fononi nei semiconduttori può rivelare e controllare importanti proprietà, facilitando la superconduttività o limitano la mobilità degli elettroni attraverso dispersione. I risultati del progetto ULTRADEX dovrebbero promuovere ulteriori progressi nella ricerca dei processi ultraveloci, in molto più dettagliato di quanto non sia stato finora possibile.
Parole chiave
Semiconduttori, impulsi laser ultracorti, bismuto, accoppiamento elettrone-fonone, superconduttività
