Ultrasnabb övergång till ny metastabil kristallfas upptäckt

Metallchalkogenider utgör en grupp av kvantmaterial som uppvisar många fascinerande egenskaper. Dessa material har en nästan tvådimensionell struktur och kännetecknas av en komplex mångfald av olika elektroniska och strukturella faser liksom topologiska tillstånd, laddningstäthetsvågor och supraledningstyper, som utöver det även interagerar med varandra.

I ett internationellt samarbete har forskare från USA (Boulder), Tyskland (Kiel och Würzburg) och Uppsala universitet, Peter Oppeneer, visat att en helt ny strukturell fas uppstår i kvantmaterialet tantaldiselen (TaSe₂) genom excitation med ultrakorta laserpulser. Forskarna upptäckte att laserexcitation med en 30 femtosekundspuls (30·10^-15 s) blixtsnabbt förändrar elektronernas konfiguration vilket gör att atomerna flyttar sig till nya gitterpositioner inom 300 femtosekunder och materialet bildar en ny kristallstruktur. Genom femtosekundfotoemissionsspektroskopi kunde forskarna visa att den nya strukturen är ovanligt stabil och existerar under 300 pikosekunder (300·10^-12 s). Det anmärkningsvärda är att materialet inte kan genomgå en fasövergång till den nya fasen enbart genom jämviktstermodynamiska processer, det vill säga när temperaturen eller trycket förändras långsamt.

Upptäckten som publicerades i tidskriften Science Advances visar på att det är möjligt att uppnå tidigare okända metastabila faser som kan innebära nya egenskaper genom ickejämviktsprocesser.

Artikelreferens

Xun Shi et al., Ultrafast electron calorimetry uncovers a new long-lived metastable state in 1T-TaSe₂ mediated by mode-selective electron-phonon coupling, Science Advances 5, eaav4449 (2019)

Kontakt

Prof. Peter Oppeneer, tel. 018-4713748