清華大學(xué)周樹云團(tuán)隊(duì) | 半導(dǎo)體材料-黑磷
發(fā)布時間：2024-12-16 10:43:54
今日新材料 今日新材料 2024年12月15日 17:09 北京 對稱性作為現(xiàn)代物理學(xué)最重要的基石之一，對固體材料中豐富多樣的量子物態(tài)起到了決定性的作用。近日，清華大學(xué)物理系周樹云教授及合作者發(fā)文報道利用超快飛秒激光實(shí)現(xiàn)電子態(tài)對稱性的調(diào)控。通過超快時間分辨角分辨光電子能譜測量，他們直接揭示了周期光場對半導(dǎo)體材料黑磷中光修飾的弗洛凱電子態(tài)的宇稱對稱性的調(diào)控，并觀測到周期光場作用所導(dǎo)致的奇特“熱點(diǎn)”能譜。研究成果以“Manipulating the symmetry of photon-dressed electronic states”為題于2024年12月3日在線發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
光場的時間周期性特性可以被用來調(diào)控材料的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超快時間尺度上的對稱性和拓?fù)湮飸B(tài)調(diào)控，這一方法被稱為弗洛凱瞬時調(diào)控。自提出以來，弗洛凱瞬時調(diào)控吸引了物理學(xué)家的廣泛關(guān)注，然而其實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)極具挑戰(zhàn)性。周樹云團(tuán)隊(duì)通過多年實(shí)驗(yàn)積累，攻克中紅外泵浦超快光電子能譜技術(shù)難點(diǎn)，首次在半導(dǎo)體材料黑磷中實(shí)現(xiàn)弗洛凱能帶調(diào)控，誘導(dǎo)出瞬態(tài)能隙（Nature 614, 75 （2023））。更進(jìn)一步通過研究瞬態(tài)能隙在二維動量空間的演化，證明了滑移鏡面對稱性的瞬時破缺（ACS Nano 18, 32038 （2024）），以及實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)低于帶隙的非共振激發(fā)導(dǎo)致的弗洛凱瞬時調(diào)控（Phys. Rev. Lett. 131, 116401 (2023)）。目前弗洛凱調(diào)控研究主要集中于弗洛凱電子態(tài)的觀測和電子能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控方面，利用該方法直接調(diào)控電子態(tài)對稱性的實(shí)驗(yàn)研究還非常有限，特別是弗洛凱調(diào)控如何改變電子態(tài)對稱性還有待進(jìn)一步研究（圖1）。周樹云研究團(tuán)隊(duì)通過采用獨(dú)特的具有可調(diào)光偏振時間分辨角分辨光電子能譜技術(shù)，首次成功解碼半導(dǎo)體黑磷中光修飾弗洛凱電子態(tài)的宇稱對稱性。他們觀測到，在周期光場作用下，奇宇稱電子態(tài)在光修飾后被轉(zhuǎn)換為偶宇稱（圖2），表明了周期光場誘導(dǎo)的電子態(tài)的宇稱轉(zhuǎn)換。圖2：利用可調(diào)光偏振時間分辨角分辨光電子能譜技術(shù)揭示電子態(tài)宇稱對稱性的示意圖。光誘導(dǎo)的宇稱對稱性轉(zhuǎn)換和奇特的“熱點(diǎn)”能帶的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
更有意思的是，光修飾弗洛凱電子態(tài)不僅發(fā)生了宇稱的轉(zhuǎn)換，還表現(xiàn)出奇特的孤立“熱點(diǎn)”形狀能譜。通過結(jié)合第一性原理計(jì)算，他們發(fā)現(xiàn)這一奇特的“熱點(diǎn)”形狀能譜來源于弗洛凱調(diào)控所誘導(dǎo)的電子能帶間的相互作用，表明了弗洛凱調(diào)控對于電子態(tài)對稱性的重要影響。物理系孫志遠(yuǎn)研究組進(jìn)一步利用兩能帶模型，指出該“熱點(diǎn)”型能譜由材料的對稱性所決定，具有一定普適性。該工作不僅展現(xiàn)了可調(diào)光偏振時間分辨角分辨光電子能譜技術(shù)在研究光修飾電子態(tài)對稱性的強(qiáng)大能力，并且首次提供了弗洛凱調(diào)控材料對稱性的直接證據(jù)，為未來弗洛凱調(diào)控對稱性和拓?fù)湮飸B(tài)研究奠定了基礎(chǔ)。清華大學(xué)物理系周樹云教授為該論文的通訊作者，清華大學(xué)物理系“水木學(xué)者”鮑昌華博士為該論文的第一作者。主要合作團(tuán)隊(duì)包括清華大學(xué)物理系孫志遠(yuǎn)助理教授、段文暉教授、于浦教授、瑞士保羅謝勒研究所Michael Schüler助理教授。該研究工作受到了國家自然科學(xué)基金委科學(xué)中心、重點(diǎn)項(xiàng)目，科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，博新計(jì)劃、清華大學(xué)“水木學(xué)者”計(jì)劃等資助，同時得到了清華大學(xué)低維量子物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。來源：清華物理系
原標(biāo)題：周樹云及合作者發(fā)文報道周期光場對固體材料中光修飾電子態(tài)對稱性的超快調(diào)控
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