Ultraszybka dynamika półprzewodników
Skale czasu, które regulują zmianę rozkładu elektronów i przegrupowanie atomów w półprzewodnikach po wzbudzeniu, znajdują się w przedziale od kilku femtosekund do kilku mikrosekund. Impulsy laserowe potrafią wzbudzać i sondować dynamikę elektronów i siatki przy rozdzielczości czasowej do 10 000 razy niższej niż w przypadku innych technik eksperymentalnych. Tam, gdzie dostępne były najnowsze pomiary, badacze wykorzystali nową metodę do zbadania obserwowanych cech. Metoda symulacji zmiany rozkładu elektronów w bizmucie przygotowana w ekstremalnych stanach fizycznych przez ultrakrótkie, polaryzowane impulsy laserowe została opracowana w ramach projektu ULTRADEX (Ultrafast energy transfer and dissipation in electronically excited materials: calculations from first principles). Gdy elektrony przemieszczają się przez siatkę półprzewodnika, wibracje zwane fononami albo ułatwiają, albo utrudniają ich ruch. Oparta na zasadach pierwszych metoda ULTRADEX umożliwiła naukowcom obliczenie, jak prędkość wytwarzania fononów wynikająca ze sprzężenia między elektronem a fononem zmienia się w czasie. Poza lepszymi obliczeniami siły sprzężenia, badacze przyjrzeli się, w jaki sposób wygenerowana populacja fononów ewoluowała w czasie w wyniku interakcji między nimi. Tę samą metodę zastosowano względem fotowzbudzonego germanu, aby wyjaśnić rezultaty eksperymentów rozpraszania promieni rentgenowskich. Interakcja między elektronami a fononami w półprzewodnikach potrafi ujawnić i kontrolować ważne właściwości, wspomagając nadprzewodnictwo lub ograniczając mobilność elektronów poprzez rozpraszanie. Odkrycia poczynione w ramach projektu ULTRADEX powinny doprowadzić do dalszych postępów w zakresie badania ultraszybkich procesów w bardziej szczegółowy sposób niż było to dotychczas możliwe.
Słowa kluczowe
Półprzewodnik, ultrakrótki impuls laserowy, bizmut, sprzężenie elektron-fonon, nadprzewodnictwo
