Transient response under ultrafast interband excitation of an intrinsic graphene
从理论上研究了本征石墨烯在超快激发下由无碰撞带间跃迁引起的载流子瞬态演化。分析了准弹性声子散射引起的能量弛豫和热辐射引起的带间产生-复合跃迁。载流子的分布得到的极限情况下，当载流子-载流子散射可以忽略不计，当载流子间散射施加准平衡分布。瞬态光学响应（差分反射率和transmittance）的探测辐射和瞬态光电导（响应弱直流电场）似乎是强烈依赖于载流子的弛豫和复合动力学。
2009-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stimulated emission and ultrafast carrier relaxation in InGaN multiple quantum wells
测量了两种不同In组分的InGaN多量子阱激光器结构的受激发射（SE）。SE阈值功率密度（I_th）随量子阱深度（x）的增加而增加。时间分辨差分透射测量映射了载流子弛豫机制，并解释了I_th对x的依赖性。载流子从势垒到量子阱的捕获时间小于1 ps，而载流子复合率随着x的增加而增加。对于以上的激发I_th的一个额外的，快速的弛豫机制出现由于通过级联的QW状态进行SE的再填充的势垒中的载流子的损失。随着x增加而增加的材料不均匀性在级联再填充过程之外提供了附加的弛豫通道，从SE过程中去除载流子并增加I_th。
2002-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast helicity control of surface currents in topological insulators with near-unity fidelity
近年来，出现了一类称为三维拓扑绝缘体的固态材料。在本体中，拓扑绝缘体的行为与带隙的普通绝缘体一样。在表面，存在导电的无带隙状态，显示出显著的性质，如螺旋狄拉克色散和抑制自旋极化的载流子的背散射。通过传输实验表征和控制表面状态往往受到阻碍，但在低温下的剩余散装贡献。在这里，我们表明，在Bi 2 Se 3的表面电流可以控制圆偏振光在皮秒的时间尺度上的保真度接近统一，即使在室温下。我们揭示了这种超快的螺旋度依赖的表面电流的时间分离的光致热电和漂移电流的散装。我们的研究结果揭示了基于拓扑绝缘体表面电流的超快光电子器件的功能。
2015-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determining ultrafast carrier dynamics of hybrid perovskites at various stages of nucleation and growth kinetics
随着混合有机-无机钙钛矿增加其技术范围，从光致发光太阳能电池到发光器件，再到纳米级晶体管，建立微结构在决定载流子动力学如何决定器件效率方面的作用至关重要。在这里，我们报告的超快动力学的载流子在混合钙钛矿在成核和生长动力学的各个阶段。一种溶液处理的制造技术，其中旋涂条件被优化以控制中间相的成核密度，在温度梯度退火时转化为混合钙钛矿。这一策略使最终导致大晶粒薄膜的成核和生长步骤变得复杂，使我们能够探测电子和载流子动力学差异。我们发现，令人惊讶的是，成核微晶已经显示出混合钙钛矿的电子性质，并共享类似的飞秒到纳秒的动力学作为大晶粒混合钙钛矿薄膜。
2022-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast terahertz conductivity in epitaxial graphene nanoribbons: an interplay between photoexcited and secondary hot carriers
FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学与物理学院）
研究发现石墨烯窄带中光电导性随泵浦能量变化呈现非单调特性，由光激发载流子与二次热载流子的相互作用主导。
2024-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Competing Ultrafast Energy Relaxation Pathways in Photoexcited Graphene
对于石墨烯的大多数光电应用，彻底理解光激发载流子的能量弛豫过程是必不可少的。石墨烯中的超快能量弛豫通过两种相互竞争的途径发生：载流子-载流子散射（产生升高的载流子温度）和光学声子发射。目前，还不清楚是什么决定了主要的弛豫途径。在这里，我们达到了一个统一的图片的超快能量弛豫的太赫兹光电导，而变化的费米能量，光子能量，并在很宽的范围内的注量。我们发现，足够低的能量密度（$\lesssim$ 4 $μ$ J/cm $^2$）与足够高的费米能（$\gtrsim$ 0.1 eV）一起引起能量弛豫，主要由载流子-载流子散射，这导致有效的载流子加热。在增加注量或降低费米能量时，载流子加热效率降低，这可能是由于能量弛豫越来越多地由声子发射主导。通过载流子-载流子散射的载流子加热解释了在太赫兹频率下观察到的掺杂石墨烯的负光电导性。我们提出了一个简单的模型，再现了广泛的费米能级和激发能的数据，并使我们能够定性地评估两个不同的弛豫途径之间的分支比取决于激发通量和费米能量。
2014-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Review of Ultrafast Spectroscopy Studies of Valley Carrier Dynamics in Two Dimensional Semiconducting Transition Metal Dichalcogenides
二维层状过渡金属二硫属化合物为未来基于谷的信息处理提供了新的机会，也为研究激子效应提供了理想的平台。在各种器件物理的中心，对他们可能的电子和光电应用是理解各种多粒子电子态的动态演化，特别是激子占主导地位的TMD的光电响应，在新的背景下的自由度谷。在这里，我们提供了一个简单的回顾，在使用螺旋度分辨超快光谱，特别是超快泵浦探测光谱，研究半导体单层过渡金属二硫属化物谷相关的多粒子电子态的动态演化的实验进展。
2016-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast relaxation of hot phonons in Graphene-hBN Heterostructures
快速载流子冷却对于高功率石墨烯基器件是重要的。强耦合光学声子（SCOP）在石墨烯中光激发载流子的弛豫过程中起着重要作用。石墨烯和六方氮化硼（hBN）的异质结构已经显示出异常的迁移率和高饱和电流，这使得它们对于应用是理想的，但是hBN衬底对载流子冷却机制的影响还不清楚。我们使用超快泵浦-探测光谱跟踪石墨烯-hBN异质结构中的热光激发载流子的冷却。我们发现，在hBN上的石墨烯的情况下，载流子的冷却速度比在氧化硅衬底上快四倍，从而克服了困扰石墨烯器件冷却的热声子（HP）瓶颈。
2017-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Intrinsic Mobility and Ultrafast Carrier Dynamics in Multilayer Metal Dichalcogenide MoS2
在金属二硫属化物中载流子迁移率的最终限制，以及与载流子弛豫相关的动力学，尚不清楚。我们提出了测量的多层dichalcogenide二硫化钼的频率依赖性的电导率的光泵太赫兹探测光谱。我们发现这种材料在低温下的迁移率接近4200 cm 2/Vs。散射的温度依赖性表明，迁移率，一个数量级大于以前报道的二硫化钼，是固有的限制在太赫兹频率的声学声子散射。我们的测量载流子弛豫揭示皮秒冷却时间，然后再复合持续数十纳秒，并占主导地位的俄歇散射到缺陷。我们的研究结果提供了一个有用的背景下，了解和评估的二硫化钼为基础的电子和光电子器件的性能。
2014-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast carrier and phonon dynamics in Bi2Se3 crystals
利用光泵浦-探测光谱技术研究了Bi_2Se_3晶体的超快时间分辨微分反射率。三个不同的弛豫过程被发现有助于初始瞬态反射率的变化。推导出的弛豫时间尺度和反射率变化的符号表明，电子-声子相互作用和缺陷诱导的电荷陷阱是这三个过程的基本机制。在晶体暴露于空气中之后，这些过程的相对强度被改变并且变得强烈地依赖于激发光子能量。
2010-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Particle-in-cell simulation of ultrafast hot-carrier transport in Fe/Au-heterostructures
我们描述了自旋极化热电子输运的理论方法，因为它发生后，由铁磁和正常金属形成的异质结构的超快光脉冲激发。我们制定了一个自旋相关的粒子在细胞模型，解决了玻尔兹曼方程的激发电子。它包括寿命和传输系数作为参数，可以从从头计算或实验，并可以很容易地扩展到多层系统。这种方法能够描述电子输运在弹道，超扩散和扩散制度，包括二次载流子的产生。我们将该模型应用于Fe/Au双层膜和Fe/Au/Fe自旋阀结构中的光激发载流子。我们获得微观洞察热电子输运动力学探测在最近的实验自旋阀。我们发现贡献的Fe/Au/Fe三层中诱导的退磁动力学，无论平行或反平行的Fe层的磁性排列。
2018-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Hot-Carrier cooling in Quasi Freestanding Bilayer Graphene with Hydrogen Intercalated Atoms
利用飞秒太赫兹光泵浦探测光谱研究了准自由支撑双层外延石墨烯中热载流子的冷却动力学。我们观察到较长的衰减时间常数，在2.6至6.4 ps的范围内，与以前的研究相比，单层石墨烯，这增加非线性与激发强度。增加的弛豫时间是由于在氢嵌入之后石墨烯层与SiC衬底的解耦，这增加了石墨烯与衬底之间的距离。此外，我们的测量没有表明超碰撞机制与热载流子的冷却过程有关，这最终是通过电子光学声子散射实现的。
2023-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Persistent hot carrier diffusion in boron arsenide single crystals imaged by ultrafast electron microscopy
立方硼砷化物（BAs）由于其高导热性，在微电子热管理领域具有广阔的应用前景。最近，它作为光电材料的潜力也在探索中。然而，由于可用的高质量晶体尺寸小，测量其光载流子输运性质仍然具有挑战性。在这里，我们使用扫描超快电子显微镜（SUEM）直接可视化的光激发载流子在BA单晶的扩散。令人惊讶的是，我们观察到双极扩散在低的光通量与持续的热载流子动力学超过200皮秒，这可以归因于声学和光学声子之间的大的频率间隙，相同的功能，是负责高的热导率。在较高的光通量下，我们观察到自发的电子-空穴分离。我们的研究结果表明，BA是一种有吸引力的光电材料结合高的热导率和优良的光载流子输运性能。我们的研究还证明了SUEM探测新兴材料中光载流子传输的能力。
2022-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast demagnetization in the sp-d model: a theoretical study
提出并分析了局域自旋系统中超快光致磁化动力学的理论模型，局域自旋通过sp-d交换相互作用与载流子自旋耦合。属于这一类别的一类材料的一个突出例子是铁磁（III，Mn）V半导体，其中最近已经观察到超快退磁。在提出的模型中，光激发会加热载流子的数量，使其与局域自旋失去平衡。这触发了两个自旋系统之间的能量和角动量交换过程，该过程持续载流子的能量弛豫期间。我们导出了局域自旋与热载流子相互作用的密度矩阵的主方程，并将其与载流子动力学的唯象处理耦合起来。我们在sp-d模型中发展了一个一般理论，并将其应用于铁磁半导体，同时考虑了这些材料的价带结构。我们表明，快速自旋弛豫的载体可以维持本地化和巡回自旋之间的极化流导致显着的本地化自旋系统的退磁，观察到（III，Mn）V材料。
2007-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Optical Excitation of a Persistent Surface-State Population in the Topological Insulator Bi2Se3
利用飞秒时间和角度分辨光电子能谱研究了拓扑绝缘体Bi 2 Se 3的非平衡动力学行为。我们研究了p型Bi_2Se_3，其中金属狄拉克表面态和体导带未被占据。光学激发导致在体导带边缘处的亚稳态布居，其供给表面态的非平衡布居，该非平衡布居持续>10ps。这种具有自旋纹理的金属狄拉克表面态的异常长寿的人口可能会提供一个驱动瞬态自旋极化电流的通道。
2012-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier-coupled ultrafast structural dynamics and interlayer energy transport of supported transition metal dichalcogenide heterostructures
University of Houston（休斯顿大学）；Nanjing University（南京大学）
利用反射超快电子衍射直接观测支撑MoS2/WS2双层异质结构及其单层的光致面外结构动力学，揭示了层间电荷转移引发的载体耦合层内原子运动，并报告了不同能量流路径及热边界电导。
2026-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier Multiplication-Induced Structural Change during Ultrafast Carrier Relaxation and Non-Thermal Phase Transition in Semiconductors
载流子倍增作为飞秒时间尺度上改变纳米结构中激子布居数的重要物理过程被广泛研究，但尚未被认真考虑作为相变的主要机制。Ge2Sb2Te5的实时含时密度泛函理论研究表明，尽管晶格温度较低，载流子倍增仍能在固态下引起超快相变.结果也统一了其他半导体的实验结果，其解释仍然是30岁的现象学等离子体退火模型。
2016-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast band-gap renormalization and build-up of optical gain in monolayer MoTe$_2$
通过求解非平衡Dirac-Bloch方程，研究了单层MoTe $_2$中带隙重整化和增益建立的动力学过程，其中载流子-载流子和载流子-声子非相干散射由量子Boltzmann型散射方程处理.对于大约$300$ fs长的高强度光脉冲在增益区产生电荷载流子密度的情况，强库仑耦合导致激发载流子在几fs时间尺度上的弛豫。激发载流子的泵浦脉冲产生在脉冲的时间尺度期间引起大的带隙重整化。有效的声子耦合导致随后的载流子热化在几个ps内，这定义了能量接近低密度激子共振的光增益建立的时间尺度。
2020-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast electrons dynamics reveal the high potential of InSe for hot carrier optoelectronics
我们用双光子光电子能谱学（2PPE）方法研究了InSe中热载流子的动力学。由3.12 eV的光子激发的电子经历多种形式的弛豫。首先，它们热化到与$\bar M$谷简并的电子态。随后，电子冷却由与小动量转移的声子的Fröhlich耦合决定。从头计算预测的冷却速率与所观察到的动力学是很好的协议。我们认为，电子积累的状态退化的$\bar M$谷可以通过一个多层薄片的InSe与横向尺寸为1微米。热载流子为带隙以下光电二极管和耿氏振荡器的实现提供了一条可行的途径。我们的研究结果表明，这些技术可能会发现一个自然的实现在未来的设备的基础上分层硫属化物。
2018-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing ultrafast carrier dynamics and nonlinear absorption and refraction in core-shell silicon nanowires
我们研究的弛豫动力学的光生载流子在硅纳米线组成的结晶芯和周围的非晶壳，使用飞秒时间分辨差分反射率和透射光谱在光子能量为3.15 eV和1.57 eV。差分透射率和反射率瞬变的复杂行为是来自纳米线表面和衬底上的晶体芯和非晶硅的混合贡献，其中状态填充和光致吸收的竞争效应支配载流子动力学。在增加光生载流子密度时观察到更快的弛豫速率。独立的实验结果上的结晶蓝宝石上的硅帮助我们在分离的贡献，在纳米线样品中的结晶芯和非晶区域的载流子动力学。此外，在1.57 eV的单束z扫描非线性传输实验中，在开放和封闭的孔径配置产生双光子吸收系数β $ (~3 cm/GW) and nonlinear refraction coefficient \$gamma$（-2.5 × 10 ^-4 cm 2/GW）。
2012-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent ultrafast spin-dynamics probed in three dimensional topological insulators
拓扑绝缘体是自旋电子学中开辟新途径的候选材料。与传统的铁磁材料不同，拓扑绝缘体中载流子的自旋极化和磁化是基于交换相互作用，而拓扑绝缘体中的自旋性质是基于自旋和轨道相互作用的耦合，并与其动量相关。已经证明了用光控制自旋极化的具体方法：狄拉克锥的能量动量景观提供了电荷电流及其自旋的自旋动量锁定。自旋和动量的方向性，以及用光的控制已经被证明。在这里，我们展示了一个相干飞秒控制自旋极化的价带在狄拉克锥周围的状态。
2015-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast THz Faraday Rotation in Graphene
采用太赫兹（THz）法拉第旋转测量研究p型CVD石墨烯中的载流子动力学。我们在磁场中使用静态和时间分辨偏振敏感的THz透射测量来探测GaAs、InP和石墨烯中的自由载流子。静态测量探测平衡载流子密度和动量散射率。时间分辨（光泵/太赫兹探测）测量探测光激发后这些量的变化。在典型的CVD石墨烯样品中，我们发现在800 nm处用1*10^13光子/cm 2脉冲光激发后0.5ps，有效空穴散射时间从37 fs降低到34.5fs，而载流子浓度从2.0*10^12/cm 2增加到2.04*10^12/cm 2，导致膜的电导率瞬时降低。
2014-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast non-thermal suppression of ferroelectricity by carrier screening in LiNbO3
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
利用飞秒激光激发LiNbO3中的载流子，通过时间分辨二次谐波和受激拉曼散射发现，即使低浓度光生载流子也能通过瞬态屏蔽快速且持久地抑制极化，揭示了一种高效、可逆、对称性保持的超快铁电调控机制。
2026-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast generation and dynamics of isolated skyrmions in antiferromagnetic insulators
基于原子自旋动力学模拟，我们报道了在受限几何条件下超快产生单个反铁磁（AFM）skyrmion。这一过程是通过短激光脉冲产生的非热逆法拉第效应所诱导的有效磁场来实现的。由此产生的磁场可以核一个孤立的skyrmion作为一个拓扑保护的亚稳态在共线反铁磁体与小Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。一个单一的skyrmion的半径示出增加，通过施加均匀的直流磁场和在增加的温度。为了研究原子力显微镜可能的自旋热电子学现象，我们研究了skyrmion动力学下施加的温度梯度分析和数值。反铁磁skyrmions纵向移动向较热的区域，但相比之下，小skyrmions在非常低的阻尼制度向较冷的一侧移动，无论交错的拓扑电荷数，速度比它们的铁磁对应物快得多。
2019-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast transport mediated homogenization of photoexcited electrons governs the softening of the $A_\mathrm{1g}$ phonon in bismuth
为了确定热载流子的非热输运对凝聚态能量耗散的决定性作用，我们对Si（111）上外延生长的$7-197 \mathrm{nm}$厚Bi（111）薄膜进行了时间分辨宽带飞秒瞬态反射率测量。我们监测的傅立叶振幅和相干$A_\mathrm{1g}$声子模式的中心频率的行为作为入射能量密度，膜厚度，和探测波长的范围内的$580 -700 \mathrm{nm}$。光激发之后的频率红移被用作确定受激载流子的有效分布的鲁棒量，该受激载流子支配Bi中相干$A_\mathrm{1g}$声子的位移激发机制。对于Bi膜高达$50 \mathrm{nm}$厚度的均匀激发，由于超快运输的热电荷载流子被观察到，由载流子穿透深度的$60 \mathrm{nm}$独立的总沉积的激光能量的限制。
2022-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Spin Injection in Graphene via Dynamical Carrier Filtering at Transition Metal Dichalcogenide Interfaces
Kansai Institute for Photon Science, National Institutes for Quantum Science and Technology (QST)（光子科学关西研究所，量子科学技术研究开发机构）；Department of Nuclear Engineering and Management, Graduate School of Engineering, The University of Tokyo（东京大学大学院工学系研究科核工程与管理学专业）
研究通过时域密度泛函理论分析了在圆极化激光照射下WSe₂-石墨烯异质双层中超快自旋注入机制，发现自旋注入并非被动过程，而是由界面的自旋选择性载流子过滤驱动，导致石墨烯中净自旋磁化。
2025-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Modelling ultrafast non-equilibrium carrier dynamics and relaxation processes upon irradiation of hexagonal Silicon-Carbide with femtosecond laser pulses
我们提出了一个尚未探索的动力学产生的激发载流子的理论研究后，照射的六方碳化硅（6 H-SiC）与飞秒激光脉冲。为了描述激光诱导非平衡载流子的超快行为，采用基于密度泛函理论（DFT）的实时模拟方法，计算了热载流子动力学和光学性质的瞬态变化。一个双温度模型（TTM）也被用来推导出松弛过程的激光脉冲的波长为401 nm，持续时间为50 fs，在正常入射照射，这表明表面损伤的材料上发生的能量密度~1.88 Jcm-2。这种方法的链接，第一次，实时计算，瞬态光学性能和TTM建模，有很强的影响，了解超快动力学和弛豫过程，并提供了一个精确的调查热载流子人口的影响在固体表面损伤机制。
2020-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Ultrafast Thermalization of Photoexcited Carriers in Two-Dimensional Materials Induced by Orbital Coupling
本研究利用实时含时密度泛函理论探究二维材料的载流子超快热化，发现PtTe₂因轨道耦合呈现反常高能尾部，据此提出PTE材料设计原则以优化光电探测器性能。
2025-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ultrafast Hot Carrier Dynamics in GaN and its Impact on the Efficiency Droop
GAN是照明技术的关键材料。然而，GAN发光器件中的核心载流子输运和超快动力学尚未完全理解。我们提出了第一性原理计算的载流子动力学在GAN中，专注于电子-声子（e-ph）散射和冷却和纳米级的热载流子的动力学。我们发现，e-ph散射是显着更快的空穴相比，电子，和热载流子与初始0.5 $-$ 1 eV的过剩能量，空穴需要一个显着更短的时间（$\sim$ 0.1 ps），以放松到带边相比，电子，这需要$\sim$ 1 ps。热载流子动力学中的不对称性被证明是源自于价带简并度，与电子相比空穴的较重有效质量，以及在价带和导带中耦合到不同声子模式的细节。我们发现，热电子的缓慢冷却和它们的弹道平均自由程（超过3 nm）是GAN发光二极管效率下降的一个可能原因。总之，我们的工作揭示了GAN中热载流子的超快动力学和效率下降的纳米级起源。
2017-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast carrier relaxation and its Pauli drag in photo-enhanced melting of solids
超快光-物质相互作用是研究固体的有力工具。在激光激发时，由于远离平衡载流子弛豫，可以发生载流子倍增和超过热速度的晶格加速。电子-电子和电子-声子散射的作用是确定的第一性原理动力学模拟，从一个统一的相图出现。它不仅解释了实验观察到的“惯性”熔化，而且还预测了异常阻尼的泡利不相容原理与超高强度激光应用的新视角。
2019-01-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast carrier dynamics and radiative recombination in multiferroic BiFeO$_{3}$
我们报道了多铁性BiFeO $_{3}$单晶中超快载流子动力学的全面研究。使用飞秒光泵浦-探测光谱，我们发现，光激发的电子放松到导带最小值通过电子-声子耦合与$\sim$ 1皮秒的时间常数，并没有显着改变整个反铁磁过渡。光激发的电子随后离开导带，并主要通过辐射复合衰减，这是由光致发光测量支持。我们发现，尽管共存的铁电和反铁磁订单BiFeO $_{3}$，这种电荷转移绝缘体的固有性质的结果在载流子弛豫类似于体半导体中观察到的。
2012-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast electron dynamics at the Dirac node of the topological insulator Sb$_2$Te$_3$
拓扑绝缘体是物质的一种新的量子态。它们的表面和界面作为一个拓扑边界，产生无质量的狄拉克费米子与自旋螺旋纹理。研究狄拉克点附近的费米子动力学对拓扑绝缘体自旋电子器件的未来发展至关重要。然而，迄今为止的研究一直是不令人满意的，因为大量的重叠与体价带和缺乏一个完全未被占用的狄拉克点（DP）。在这里，我们探索表面狄拉克费米子动力学的TI Sb $_2$ Te $_3$的时间和角度分辨光电子能谱（TRARPES）。Sb $_2$ Te $_3$具有完全位于费米能（$E_F$）之上的DP，具有带隙内DP。上狄拉克锥中的受激电子比狄拉克点以下的受激电子停留更长的时间，以形成反转的布居。这归因于DP附近的态密度（DOS）降低。
2015-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Strain Relaxation-Induced Directional Ultrafast Carrier Dynamics in RuO2 Films
针对金属中因多能带载流子散射难以实现定向载流子动力学的问题，本研究通过混合分子束外延生长RuO₂/TiO₂（110）异质结构，利用应变工程实现偏振选择性超快光-物质相互作用，揭示其各向异性瞬态光电响应机制，为偏振敏感超快光电子器件提供新工具。
2025-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Ultrafast Spin Dynamics in Carrier-Density-Controlled Ferromagnets
半导体Eu 1-xGdxO的铁磁有序的超快增强或淬灭是通过共振光激发实现的。磁序的修改是建立在3 ps内所揭示的光学二次谐波产生。理论分析表明，响应是由化学和光学产生的载流子在一个非平衡的情况下，超出三温度模型的相互作用。给出了设计具有可调谐超快自旋动力学的自旋电子学材料的一般准则。
2013-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast hot carrier relaxation in silicon monitored by phase-resolved transient absorption spectroscopy
采用基于相位分辨瞬态吸收光谱的少周期光脉冲方法，研究了硅（100）中热载流子的弛豫动力学。在低于5 fs的光脉冲激发下，强烈的电子-声子耦合导致了时间常数为10 fs的超快动量弛豫。热载流子的热化发生在150 fs的时间常数上，从Drude模型中提取的碰撞时间的时间演化中可见。我们发现增加的碰撞时间从3 fs的最短的时间尺度与饱和度在约18 fs。此外，热载流子系综的光学有效质量也在超快时间尺度上演化，具有从0.7 $m_e$到约0.125 $m_e$的双指数减小以及4 fs和58 fs的时间常数。电子质量动力学以及动量，能量和碰撞散射时间与前所未有的时间分辨率的信息是重要的所有热载流子光电子器件。
2021-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Measurement of Ultrafast Dynamics of Photoexcited Carriers in $β$-Ga$_2$O$_3$ by Two-Color Optical Pump-Probe Spectroscopy
我们报道了体材料$β$ -Ga $_2$ O $_3$的超快双色光泵浦探测光谱的结果。一个双光子吸收计划是用来光激发载流子的泵浦脉冲和自由载流子的探测脉冲的吸收是用来记录随后的动态的光激发载流子。我们的结果是一致的载流子复合通过缺陷辅助过程。我们还观察到瞬态偏振选择性光吸收的探测脉冲的缺陷态在非平衡条件下。提出了缺陷俘获电子和空穴的速率方程模型，并用来解释这些数据。而缺陷的电子捕获的速率常数被发现是温度无关的，它们被测量为强烈的温度依赖性的空穴捕获和点伴随空穴捕获的晶格变形/弛豫过程。我们的研究结果揭示了$β$ O $_3$中缺陷俘获载流子的机制和速率.
2018-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Observation of Ultrafast Free Carrier Dynamics in Single Layer MoS$_2$
在单层（SL）MoS $_2$中激发的电子和空穴的动力学迄今为止难以从主导该材料的光学响应的激子中解开。在这里，我们使用时间和角度分辨的光电子能谱的金属基板上的MOS $_2$的SL直接测量激发的自由载流子。这使我们能够确定一个直接的准粒子带隙为1.95 eV，并确定通过与SL MoS $_2$接触的金属激发自由载流子的超快（50 fs）提取。这个过程对于依赖于分离的自由载流子而不是激子的光电应用至关重要。
2015-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast carrier phonon dynamics in NaOH-reacted graphite oxide film
采用NaOH溶液将氧化石墨中的环氧基团分解为羟基和-ONa基团，制备了NaOH氧化石墨膜。利用时间分辨瞬态微分反射（\DeltaR /R）研究了样品的超快载流子动力学。数据显示两个指数松弛过程。慢弛豫过程（\sim 2 ps）归因于低能声学声子介导的散射。电子-声子耦合和第一性原理计算结果表明，样品中的- OH和-ONa基团是强耦合的。因此，我们将快速弛豫过程（\sim 0.17 ps）归因于样品中羟基和-ONa基团的偶联。
2012-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Optical Spectroscopy of Micelle-Suspended Single-Walled Carbon Nanotubes
我们目前的结果依赖于波长的超快泵浦探测实验胶束悬浮单壁碳纳米管。样品的线性吸收光谱和光致发光光谱显示出许多手性相关的峰，因此，泵浦-探测结果敏感地依赖于波长。在对应于第二范霍夫奇点（VHS）的波长范围内，我们观察到亚皮秒衰变，如在以前的泵浦探测研究中所看到的。我们将这些超快衰减归因于带内载流子弛豫。另一方面，在对应于第一VHS的波长范围内，我们观察到两个不同的制度在超快载流子弛豫：快（0.3-1.2 ps）和慢（5-20 ps）。慢分量，这是以前没有观察到的，共振增强时，泵浦光子能量共振带间吸收峰，我们把它归因于辐射载流子复合。最后，慢分量取决于溶液的pH，这表明纳米管周围的H $^+$离子发挥了重要作用。
2004-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast transport of laser-excited spin polarized carriers in Au/Fe/MgO(001)
一个时域的方法来探测热载流子引起的自旋动力学演示。实验在外延Au/Fe/MgO（001）中进行，其中自旋极化热载流子在Fe层中被35 fs的激光脉冲激发。它们传播到Au表面，在那里通过磁致二次谐波产生检测到瞬态自旋极化。在交换分裂的Fe能带结构中激发的多数和少数热载流子的能量不同导致它们在Au中的寿命与自旋无关。因此，以不同速度超扩散传播的两个自旋极化电流贡献导致约100 fs持续时间的自旋电流脉冲。
2011-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast carrier thermalization in lead iodide perovskite probed with two-dimensional electronic spectroscopy
在带状半导体中，载流子在光激发后迅速形成热能分布。在混合卤化铅钙钛矿中，这种热载流子分布的冷却经由载流子-声子散射在~300 fs的时间尺度上发生。然而，由于在时间和能量上都需要高分辨率，因此用泵浦探测技术难以解决热分布的初始积累。在这里，我们使用二维电子光谱与子10 fs分辨率直接观察载流子的相互作用，导致形成的热载流子分布。我们发现，热化主要发生在通过载波载波散射下的调查的能量和报告的过剩能量和载流子密度的载流子散射率的依赖。我们提取特征载流子热化时间从低于10 fs到85 fs。这些值允许在低于2x10^19 cm^（-3）的载流子密度下高达500 cm ^2 V^（-1）s^（-1）的迁移率，并且限制了热载流子太阳能电池中载流子提取的时间。
2017-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Hole-Spin Dynamics in Optically Excited Bulk GaA
我们目前的实验和理论结果后，超快光激发在体GaAs的空穴自旋动力学。实验的差分传输进行了比较与动力学计算的动量分辨空穴分布，其中包括载流子，载流子声子和载流子杂质相互作用的玻尔兹曼散射积分的水平。我们获得良好的协议与实验确定的空穴自旋弛豫时间，但指出，根据如何提取的自旋极化动力学，偏离指数衰减在短时间内发生。我们还从理论上研究了重p掺杂GaAs在低温下的自旋弛豫行为。
2010-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Energy- and Momentum-resolved Surface Dirac Photocurrents in the Topological Insulator Sb$_2$Te$_3$
利用时间分辨和角度分辨双光子光电子能谱结合偏振可变中红外脉冲激光，研究了拓扑绝缘体Sb $_2$ Te $_3$中表面Dirac光电流的能量-动量映射.它表明，从占据到未被占据的部分的表面Dirac锥的直接光学跃迁允许的线性和圆形的光电流效应，从而使我们能够相干控制的表面电流的激光偏振。此外，表面电流映射直接可视化狄拉克锥在时域中的超快电流动力学。我们分别揭示了非弹性散射和动量散射的超快带内弛豫动力学。我们的观测为拓扑绝缘体中表面狄拉克电子的相干光学控制铺平了道路。
2016-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast carrier-coupled interlayer contraction, coherent intralayer motions, and phonon thermalization dynamics of black phosphorus
黑磷（BP）具有高度的各向异性性能和动力学行为是独特的，即使在二维和范德华（vdW）层状材料。在这里，我们表明，层间晶格收缩和协调一致，对称的层内振动发生在几个皮秒以下的光注入和弛豫的载流子，使用超快电子衍射的反射几何探测的面外运动。光生载流子和BP的褶皱结构之间的强耦合，与电子能带结构的对齐，是在没有光致相变的情况下，这样的定向原子运动的工作。声子热化动力学可以确定三个时间区域，其中在大约50 ps内达到没有各向异性的准平衡，随后是相干声学声子的传播和热扩散到体中。这里报道的早期的平面外动力学具有重要的意义，单层和少层BP和其他VDW材料具有强的电子晶格相关性。
2022-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ultrafast Momentum-resolved Hot Electron Dynamics in the Two-dimensional Topological Insulator Bismuthene
二维量子自旋霍尔（QSH）绝缘体是一类基于其边缘中的拓扑保护自旋电流的自旋电子学应用的有前途的材料。然而，它们还没有实现其技术潜力，因为实验实现是稀缺的，并限于低温。这些限制也严重限制了其动力学特性的表征。在这里，我们报告的电子动力学的新的室温QSH候选人铋后，光激发使用时间和角度分辨的光电子能谱。我们绘制了瞬态占据的导带，并跟踪热光载流子的完整弛豫路径。有趣的是，我们观察到的光生载流子寿命比\red{conventional}半导体短得多。这是由于存在的拓扑间隙状态已经建立了本地探针。事实上，我们发现光谱特征与这些早期的发现一致。大的带隙的证明和光电子动力学的观点标志着QSH功能的光学控制的关键一步。
2022-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz antiferromagnetic dynamics induced by ultrafast spin currents
本文研究铁磁金属/反铁磁绝缘体双层膜，证实超快自旋电流可在皮秒尺度将磁信息传入反铁磁自旋波，为超快磁信息操控开辟新途径。
2024-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diffusion-free ultrafast carrier dynamics in silicon nano-pillars
我们采用泵浦-探测反射率方法研究了晶体硅纳米柱结构中的超快载流子动力学，激光脉冲为800 nm，150 fs，能量密度为{17 - 170} mJ/cm ^2。尺寸的结构，使我们能够消除从扩散过程中的激发载流子的弛豫动力学的贡献。在亚熔区，观测到强的强度依赖的时间分辨反射率变化ΔR（τ d）。在强抽运下，ΔR（τ d）可达8%，比体硅高出数倍。根据测量结果，我们推断在载流子密度约为1 x 10^20 cm^-3时，复合时间可达10 ns，而电子-声子相互作用发生在350-400 fs之间，并且与浓度无关。
2009-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Probing the Topological Surface States through Magnetoresistance and Ultrafast Charge Carrier Dynamics in (Bi/Sb)2Te3
具有拓扑保护表面态的拓扑绝缘体是一种很有前途的量子材料。本文通过对单晶拓扑绝缘体Bi_2Te_3和Sb_2Te_3的低温物理参数测量，研究了单晶拓扑绝缘体微片在5 K温度下的载流子动力学，研究了与这些表面态相关的各种光学跃迁。在5 K和100 K的温度下，在1 Tesla的磁场范围内，对磁电阻进行了实验研究。弱反定域化效应的出现预示了体系中存在拓扑保护的表面态。此外，超快飞秒瞬态反射光谱在不同的温度下进行，从室温（300 K）到5 K的低温变化，以找到低温下的TSS相关跃迁。
2021-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic light-electron-phonon coupling and ultrafast carrier separation in ferroelectric BaTiO$_3$
Universität Konstanz（康斯坦茨大学）；Indian Institute of Science Education and Research Berhampur（印度科学教育与研究学院贝尔汉普尔分校）
通过超快电子衍射和电磁场电子显微镜，发现铁电BaTiO$_3$中光激发导致各向异性电子-声子耦合，并观察到超快电子-空穴对在铁电场下的分离。
2026-06-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ultrafast screening and carrier dynamics in ZnO: Theory and experiment
当载流子密度高于莫特密度时，库仑屏蔽破坏了激子共振。这与带隙重整化和带填充一起严重影响了光谱。我们已经实验研究了这些影响的超快泵浦-探测反射率测量ZnO单晶在激子共振周围的各种波长，并在一个广泛的载流子密度范围。理论上我们确定了ZnO在300 K时的Mott密度为$1.5\times10^{24}$ m $^{-3}$。采用场论方法，我们推导并求解了Bethe-Salpeter阶梯方程，计算了密度相关的反射率和吸收光谱。建立了载流子动力学模型，包括三光子吸收、载流子冷却和表面附近的载流子俘获。基于我们模型的理论反射率与实验数据之间的一致性非常好。
2011-07-01 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Importance of surface oxygen vacancies for ultrafast hot carrier relaxation and transport in Cu$_2$O
Cu $_2$ O作为光电化学水分解电极具有吸引人的特性，但其实际性能受到界面电荷提取效率低下的严重限制。利用混合密度泛函理论，我们研究了在实验上观察到的（$\sqrt{3} \times \sqrt{3}$）R30 $^{\circ}$重构的主（111）面中氧空位（V $_\mathrm{O}$）对载流子的俘获过程.我们的研究结果表明，这些V $_\mathrm{O}$是双电离和相关的缺陷态强烈抑制电子输运。特别地，单电荷V $_\mathrm{O}$的激发电子态在非辐射电子捕获过程中起着至关重要的作用，其捕获系数约为10 $^{-9}$ ~cm $^3$ /s，寿命为0.04~ps，解释了实验观察到的超快载流子弛豫。这些结果强调，工程的表面V $_\mathrm{O}$化学将是一个关键的步骤，优化铜$_2$ O光电极应用。
2021-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast optical nanoscopy of carrier dynamics in silicon nanowires
本文提出可见-近红外泵浦-探测光学纳米显微方法，结合点偶极子模型，实现单根硅纳米线尺寸相关载流子寿命分辨及优于50 nm分辨率的局部衰减时间成像。
2022-11-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast dynamics of optically excited charge carriers in the room-temperature antiferromagnetic semiconductor $α$-MnTe
本研究利用时间分辨光学与太赫兹超快光谱，探究室温反铁磁半导体 $α$-MnTe 中电荷载流子的超快动力学，揭示了三个弛豫过程及其对泵浦通量的线性和非线性依赖关系。
2023-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Localized excited charge carriers generate ultrafast inhomogeneous strain in the multiferroic BiFeO$_3$
我们应用飞秒时间分辨率的超快X射线衍射来监测多铁性BiFeO $_3$薄膜在带隙以上光激发后的晶格动力学。观察到的晶格应变的声速有限的演变表示准瞬时光致应力的纳秒时间尺度上衰减。这种应力表现出不均匀的空间分布证明了布拉格峰的加宽。这些新的数据需要在BiFeO $_3$的光生应力的现有模型的实质性修改：相关的激发载流子必须保持本地化的数据是一致的。
2013-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
