极化子是由带有虚拟声子云的多余电子组成的准粒子。它们在材料中无处不在,在各种物理化学性质中发挥着关键作用,包括超导性、光催化性和铁电性。然而,由于强载流子局域化,形成极化子时载流子迁移率降低,从而降低了电器件的性能,而目前仍缺乏解决该问题的有效策略。
超快光激发是在非平衡条件下操纵(准)粒子动力学的有效方法。然而,以往的超快实验大多局限于表征极化子形成过程,仅提出了对极化子输运机制的推测。基于绝热近似的理论研究只能揭示极化子的静态和热力学性质。
王惠民,刘新宝等。中国科学院物理研究所孟胜研究员课题组发现,激光驱动的相干声子可以使极化子迁移率提高一个数量级。
他们发现,特定振动模式的选择性激发有效降低了极化子跳跃的能垒。
由于电子和离子子系统之间强烈的非绝热耦合,q空间中的声子-声子散射在亚皮秒内迅速发生,引发极化变形的迁移。通过调整激光参数,原型极化材料Li 2 O 2中的载流子迁移率可以提高八个数量级,比热效应有效得多。
这些结果将极化子动力学的理解扩展到非平衡状态。首次提出了超快控制极化子的非热途径,这将创新具有高开关比和超快响应能力的光电器件的设计原理。
该研究题为“超快激光诱导相干声子对极化子传输的巨大加速”,发表在《科学进展》上。
该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院的支持。