作者:Forschungsverbund Berlin
V
(FVB) 无花果
一个
晶胞(边长为0的立方体
56nm[0的百万分之一
56毫米])，镓(黑色)和砷原子(红色)通过共价键(蓝色)连接
砷化镓晶体由数十亿个这样的晶胞组成
信用:MBI 半导体砷化镓(GaAs)晶体中的原子振动被光激发电流脉冲地转移到更高的频率
镓和砷原子之间电荷空间分布的相关变化通过电相互作用反作用于它们的运动
许多摇滚吉他手使用的一种技术是敲击吉他，这意味着用第二根手指快速缩短振动的弦，从而切换到更高的音调
这种技术允许更快的演奏和连奏，更平滑的后续音调链接
柏林和巴黎的研究人员现在已经展示了一种晶体中的锤上模拟物，这种模拟物通过用脉冲产生的电流来切换原子运动的频率
正如他们在最新一期《物理评论快报》上报道的那样，飞秒光激发产生的电流将特定的晶格振动——横向光学声子——转移到更高的频率
GaAs的晶格由镓和砷原子的规则排列组成(图
1)通过共价化学键结合在一起
晶格中的原子可以经历各种各样的振动，其中之一是频率为每秒80000000000000次振动的声子
砷原子上的电子密度比镓原子上的电子密度稍高，导致局部电偶极矩，并使晶格具有电极性
这一特性使得振动运动易受电力的影响
无花果
2
由第二脉冲激发(红色)和不激发(黑色)的TO声子的太赫兹发射
电场被绘制成时间的函数
第二光脉冲导致振荡周期的缩短，对应于频率从8增加到8
1 THz
信用:MBI 在实验中，第一个飞秒光脉冲发射一个TO声子振荡，该振荡被第二个脉冲从半导体的价带到导带激发电子所干扰
这种激发与局部电荷的转移有关
e
即所谓的电动换档电流
转移电流增强了镓原子上的电子密度
晶体中电子分布的这种变化导致了瞬态极化，从而产生了一个电力，并反作用于声子运动
结果，受激晶体中的TO声子频率变化很小
微小声子频移的测量代表了一个巨大的实验挑战
在本研究中，通过由振荡声子偶极矩辐射的太赫兹波来实时映射TO声子振荡
太赫兹波的振幅和相位测量精度极高(图
2)
在第二个脉冲与样品相互作用后，辐射的太赫兹波显示频率上移
从略短的太赫兹波振荡周期来看，频移是明显的(图2中的红色轨迹
2)与没有第二脉冲的情况相比(黑色痕迹)
声子频率的上移具有100千兆赫的值或初始频率的大约1%
对实验结果的分析表明，在20 000个GaAs晶胞的晶体体积中，一个光激发电子引起百分之一的频率上移
在此首次观察到的TO声子频率的变化也应该发生在具有极性晶格的更宽范围的半导体和铁电材料中
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