二維拓?fù)洳牧螹oTe2中發(fā)現(xiàn)光激發(fā)誘導(dǎo)的亞皮秒時間尺度結(jié)構(gòu)相變
用各種物理手段(電場、磁場、壓力、摻雜等)創(chuàng)造新的物態(tài)或調(diào)控不同量子物態(tài)是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域廣受關(guān)注的研究前沿,并有巨大的應(yīng)用前景。而超短脈沖激光的飛速發(fā)展使得光激發(fā)調(diào)控復(fù)雜量子材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)成為可能。層狀過渡金屬二硫化物MoTe2可以形成幾種不同的晶體結(jié)構(gòu)并具有不同的物理性質(zhì)或拓?fù)淠軒ЫY(jié)構(gòu),為調(diào)控或切換不同結(jié)構(gòu)相變提供了可能性。最近量子材料科學(xué)中心王楠林課題組和合作者利用超快泵浦探測和時間分辨的二次諧波探測技術(shù),研究了MoTe2中兩個半金屬相之間激光誘導(dǎo)的亞皮秒時間尺度的結(jié)構(gòu)相變。 MoTe2是由MoTe6八面體結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的原子層沿c方向堆疊形成的二維材料系統(tǒng),不同的堆疊方式具有不同晶體對稱性。1T-MoTe2在室溫時是單斜的1T’相,隨著溫度降低在250K時發(fā)生結(jié)構(gòu)相變,轉(zhuǎn)變成正交的T_d相,其中可以存在第二類外爾費(fèi)米子。王楠林課題組通過實(shí)驗發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度的近紅外激光脈沖可以在亞皮秒時間尺度內(nèi)將中心反演對稱性破缺的T_d相驅(qū)動到具有中心反演對稱的1T’相。該相變發(fā)生的最明顯的特征是時間分辨的反射率變化中橫向剪切振蕩聲子的消失和二次諧波強(qiáng)度的急劇下降。通過選擇和改變激發(fā)脈沖的脈寬和波長,從實(shí)驗上排除了激光加熱效應(yīng)。該項研究首次在超快亞皮秒尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)了激光誘導(dǎo)的非加熱效應(yīng)引起的MoTe2晶體中第二類Weyl半金屬相與正常半金屬相的超快結(jié)構(gòu)相變。它為超快激光控制固體的拓?fù)涮匦蚤_辟了新的可能性,使超快激光激發(fā)的拓?fù)溟_關(guān)器件具有潛在的實(shí)際應(yīng)用價值。 該工作于2019年5月22日在線發(fā)表于著名學(xué)術(shù)期刊Physical Review X(Phys. Rev. X 9, 021036 (2019)),第一作者為量子材料中心博士生張夢瑤,王楠林教授和其研究組的董濤博士是通訊作者,量子材料科學(xué)中心王健教授研究組為該工作提供了樣品。該項研究得到國家自然科學(xué)基金委員會、國家重點(diǎn)研究開發(fā)項目等項目的支持。
北京大學(xué)
2021-04-11