Ultrafast scattering dynamics of coherent phonons in Bi$_{1-x}$Sb$_{x}$ in the Weyl semimetal phase
利用反射式飞秒泵浦-探测技术研究了Bi $_{1-x}$ Sb $_{x}$合金系统中不同成分$x$的超快声子动力学。在几皮秒的退相时间内，在时域内产生并观察到了对应于Bi-Bi，Bi-Sb和Sb-Sb的A $_{1g}$局域振动模的相干光学声子。发现相干光学声子的频率随着Sb组分$x$的变化而变化，更重要的是，当$x$值在0.5- 0.8范围内时，这些声子模式的弛豫时间显著减小。我们认为，声子弛豫动力学不是简单地由合金散射，但显着修改的非谐声子-声子散射与隐含的微小贡献，从电子-声子散射在Weyl半金属相。
2021-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon scattering dynamics in ferromagnets on ultrafast timescales: Influence of the phonon temperature
采用Elliott-Yafet型动力学模型计算了体相铁磁体在超短光脉冲激发下的磁化响应，该模型考虑了自旋-轨道相互作用对铁磁能带结构的影响，电子-声子相互作用对玻尔兹曼散射积分的影响，以及声子浴温度的动态变化.利用超短光脉冲的实际参数，计算出的在固定能带结构中电子-声子散射可实现的最大磁化淬灭比实验中观察到的淬灭小得多。加热的声子浴被发现并没有明显改变的磁化动力学在超短时间尺度上。
2011-11-21 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
Electron-phonon mediated spin-flip as driving mechanism for ultrafast magnetization dynamics in 3$d$ ferromagnets
尽管密集的实验努力，理论建议和建模方法，缺乏共识存在的内在机制驱动超快磁化动力学3 $d$铁磁体。在这项工作中，我们发现的证据，电子-声子介导的自旋翻转的驱动机制的超快磁化动力学在所有3个$d$铁磁体;镍，铁和钴。我们使用一个微观三温度模型，从第一性原理计算的参数，这已被验证，从以前的实验中提取的电子和晶格动力学的直接比较。通过直接比较实验测得的磁化动力学不同的激光能量密度，我们确定的自旋翻转概率的每种材料。与以前的研究结果相反，但在协议从头计算的预测，我们发现，相对较小的值的自旋翻转概率使超快退磁在所有3个$d$铁磁体。
2022-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Phonon scattering mechanisms in WTe$_2$ observed by ultrafast coherent phonon spectroscopy
University of Tsukuba（筑波大学）
研究外尔半金属Tₙ-WTe₂中的声子散射机制，在4.6至300K宽温域用时间分辨泵浦-探测光谱研究相干声子，高频模式用传统模型描述，2.4THz低频模式有异常行为，归因于声子-电子散射。
2026-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Mapping momentum-dependent electron-phonon coupling and non-equilibrium phonon dynamics with ultrafast electron diffuse scattering
尽管它们在确定材料特性方面发挥着重要作用，但在整个布里渊区（BZ）中，关于电子-声子和声子-声子耦合（分别为EPC和PPC）强度的详细动量相关信息已被证明难以获得。在这里，我们表明，超快电子漫散射（UEDS）直接提供这样的信息。通过利用基于能量的选择规则和时间分辨，即使没有能量分辨，也可以区分不同声子分支的散射。使用石墨作为一个模型系统，我们表明，UEDS图案映射的相对EPC和PPC强度通过其深刻的灵敏度光致变化的声子种群。我们测量了强EPC的$K$点横向光学声子的$A_1'$对称性（$K-A_1'$），并沿着整个纵向光学分支之间的$Γ-K$，而不是像前面强调的那样，不仅对$Γ-E_{2g}$声子。我们还确定，随后的声子弛豫途径涉及三个阶段：通过几个可识别的通道衰减到横向声学（TA）和纵向声学（LA）声子（1-2 ps），带内热化的非平衡TA/LA声子种群（30-40 ps）和带间松弛的LA/TA模式（115 ps）。将UEDS与超快角分辨光电子能谱学相结合，将产生电子和声子子系统内部和之间的动力学的完整图像，有助于解开复杂的阶段，其中这些系统的相互交织的性质对紧急属性有很大的影响。
2017-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon-scattering dynamics in ferromagnetic metals and its influence on ultrafast demagnetization processes
我们从理论上研究了铁磁金属中超快光激发后电子-声子相互作用引起的自旋相关载流子动力学。我们计算了电子波函数中包含自旋轨道相互作用的电子-声子矩阵元和相互作用势。利用玻尔兹曼散射积分中的矩阵元，数值求解载流子的运动方程，得到动量分辨载流子分布。我们发现，光激发与现实的激光强度单独导致一个可以忽略不计的磁化变化，由于电子-声子相互作用的退磁主要是由于空穴散射。重要的是，由于这种Elliot-Yafet型去极化机制而计算出的退磁淬灭不足以解释实验观察到的结果。我们认为，铁磁体的超快退磁并不完全通过Elliott-Yafet型过程发生，即，在存在自旋-轨道相互作用的情况下散射，但是在很大程度上受到能带结构的动态变化的影响，即，交换分裂。
2011-08-22 cond-mat.mtrl-sci
A Strategy to Identify Materials Exhibiting a Large Nonlinear Phononics Response: Tuning the Ultrafast Structural Response of LaAlO$_3$ with Pressure
我们使用理论和第一性原理计算来研究LaAlO $_3$中红外活性声子的超快光激发引起的结构变化如何随流体静压的变化而变化。我们的计算表明，所观察到的结构变化对压力敏感，最大的变化发生在立方钙钛矿相和菱面体相之间的边界附近的压力。我们合理化我们的研究结果定义的品质因数，只依赖于本征材料的数量，并表明，在相边界附近的峰值响应取决于特定的声子模式被激发的不同的微观材料特性。我们的工作表明，它是如何有可能系统地识别材料，可能会表现出特别大的变化，由于红外线活性声子的光激发的结构和性能。
2021-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Panoramic mapping of phonon transport from ultrafast electron diffraction and machine learning
了解声子热输运的一个核心挑战是缺乏实验工具来研究基于模式的输运信息。虽然最近的进展，在计算导致模式为基础的信息，它是由未知的缺陷，在体区域和界面的阻碍。在这里，我们提出了一个框架，可以揭示异质结构中的微观声子输运信息，将最先进的超快电子衍射（UED）与先进的科学机器学习相结合。利用UED的双重时间和倒数空间分辨率，我们能够可靠地恢复频率相关的界面透射率与可能的扩展到频率相关的弛豫时间的异质结构。这使得能够直接重建跨界面的真实空间、实时、频率分辨的声子动力学。我们的工作提供了一个新的途径，实验探测声子输运机制与前所未有的细节。
2022-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Chiral Phonons Enable Ultrafast Magnetization Switching via Magnetoelastic Coupling
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (NUAA)（南京航空航天大学）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), CSIC（马德里材料科学研究所，西班牙国家科学研究委员会）；The University of Manchester（曼彻斯特大学）；University of York（约克大学）
研究利用太赫兹驱动的手性声子通过磁弹性耦合实现比线性声子更快的磁化翻转，揭示了手性在自旋-晶格动力学中的关键作用。
2026-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Phonon-Diffuse Scattering as a Tool for Observing Chiral Phonons in Monolayer Hexagonal Lattices
该研究提出超快声子漫散射可直接观测六方二维材料中谷极化激发产生的手性声子，结合从头算计算为研究载流子谷退极化机制提供新途径。
2023-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Theory of out-of-equilibrium electron and phonon dynamics in metals after ultrafast laser excitation
在激光激发下电子和声子的非平衡动力学通常用双温模型来描述，该模型假设两个子系统分别处于热平衡。然而，最近的实验表明，这种描述不足以描述超短时间尺度上的非平衡动力学。在这里，我们扩展和应用一个无参数的微观平衡模型来描述超快激光诱导的原型金属系统，如金，铝，铁，镍和钴的系统动力学。我们报告强烈的偏差，从两个温度模型的皮秒时间尺度上的所有材料的研究，即使是那些假设单独的热平衡似乎限制较少，如在黄金。此外，我们证明了声子模式依赖的电子-声子耦合的弛豫过程的重要性，并揭示了该通道的意义，通过电子系统的声子之间的间接耦合在晶格平衡。
2019-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical and Electronic Properties of Ferromagnetic GaMnAs Using Ultrafast Coherent Acoustic Phonons
超快双色泵浦-探测测量，涉及相干声学声子（CAP）波，同时提供了信息的机械性能和铁磁GaMnAs的电子结构。Ga_（1-x）Mn_xAs（0.03<x<0.07）的弹性常数C_（11）系统地小于GaAs。发现GaMnAs的C11和Vs都随温度增加（78 K<T<295 K），再次与GaAs中的相反行为形成对比。此外，基本的带隙（在E0临界点）的Ga 1-xMnxAs被发现稍微移动到更高的能量与Mn浓度。
2012-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic Theory of Ultrafast Out-of-Equilibrium Dynamics in Magnetic Insulators. Unraveling the Magnon-Phonon Coupling
晶格和自旋之间的相互作用是磁性材料中极其有趣的超快动力学的核心。在这项工作中，我们制定了一个一般的非平衡理论，解开它们之间的复杂的相互作用，在太赫兹激光激发的反铁磁绝缘体。该理论提供了一个定量描述的自旋和晶格子系统之间的瞬态能量流，受到磁振子-声子和声子-声子散射，引起有限的准粒子的寿命和系统的平衡时间。我们预测了一种新的散射过程，其中两个相反极化的磁振子衰减成声子，以前在文献中省略。该理论与第一性原理计算相结合，然后应用于模拟一个现实的NiO动力学。在倒易空间的主要弛豫通道和热点，给予最强的贡献声子和磁振子之间的能量转移被确定。不同的相互作用强度导致不同的耦合动力学的晶格和自旋系统，并随后到不同的平衡时间尺度。
2018-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast light-induced Coherent Optical and Acoustic Phonons in few Quintuple Layers of Topological Insulators Bi2Te3
利用时间分辨光抽运探测光谱研究了拓扑绝缘体（TI）Bi $_2$ Te $_3$的几个五重层的超快晶格动力学。光学声子和声学声子都是光生的，并被检测到。在这里，为了得到新的见解的平衡电子-声子耦合和声子动力学在限制TI，不同的纳米结构进行了研究（单或多晶量子点组件和纳米结晶岛）。与以前的文献声明相反，我们表明，即使是只包含10个五重层（QL）的纳米结构，对称A1 g（I）相干光学声子是有效的光生和没有限制，由于结构限制出现。我们还观察到，无论纳米结构的布置如何，A1 g（I）光学声子特征是相似的（寿命）。我们还报告了观察到的限制相干声学声子传播的量子阱量子阱的光谱是，这一次，非常敏感的原子排列。在单晶体纳米薄膜的情况下，这些声学声子的飞行时间分析提供了这些纳米结构的弹性性质的直接估计以及量子点之间的范德华相互作用的一些估计。
2015-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Time- and momentum-resolved phonon population dynamics with ultrafast electron diffuse scattering
晶格和载流子之间的相互作用可以驱动相的形成和有序现象，从而产生传统的超导性、绝缘体到金属的转变和电荷密度波。这些耦合也在包括导电性和导热性的性质中起决定性作用。超快电子漫散射（UEDS）最近已成为一个可行的实验室规模的工具，以跟踪能量流进入和晶格系统内的整个布里渊区，并在时域中去卷积的相互作用。在这里，我们提出了一个详细的定量框架的UEDS信号的解释，最终提取声子模式occupancy在整个布里渊区。这些瞬态布居然后被用来提取动量和模式依赖的电子-声子和声子-声子耦合常数。这种分析的结果是石墨，它提供了完整的信息上的声子分支职业和$A_1'$声子模式投影电子-声子耦合强度$\langle g_{e,A_1'}^2 \rangle = 0.035 \pm 0.001$ eV $^2$，这是在协议与其他测量技术和模拟的确定。
2019-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Disentangling Phonon Channels in Nanoscale Thermal Transport
声子表面散射一直是纳米结构和器件中热输运工程的核心。在这里，我们证明，这种声子途径可以是唯一的机制，只有低于一个特征，尺寸依赖的温度。在此温度以上，晶格声子散射与表面效应共存。通过人工控制纳米线中原子水平的质量无序和晶格动力学，而不影响形态、结晶度、化学组成和电子性质，映射了温度-热导率-直径三参数空间，并解开了主要的声子散射机制。这导致了识别的临界温度，在该温度下，晶格质量无序对热导率的影响被抑制到声子输运完全由表面决定的程度。基于Landauer-Dutta-Lundstrom近平衡输运模型讨论了这一行为。所建立的框架提供了必要的输入，以进一步推进半导体纳米尺度系统中声子和热传输的设计和建模。
2020-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Generalized thermodynamic closure in ultrafast phonon dynamics
Max-Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）；Pohang University of Science and Technology（浦项科技大学）；Leiden University（莱顿大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）
研究通过实验展示共振驱动声子模式可被广义热力学描述，揭示超快响应与能级激发扩散的关系，为驱动声子的热力学扩展 regime 提供新框架。
2026-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast dynamics of coherent phonons and phonon-polaritons in lithium niobate crystals
利用反射泵浦-探测光谱技术研究了铌酸锂（LiNbO $_{3}$）晶体中相干声子和声子-极化激元的超快动力学行为。除了几个相干光学声子模式，电光采样测量探索的声子极化激元E模式的共存附近的3.8和14.9太赫兹，这与理论上的声子极化激元色散曲线相当吻合。我们还发现，相干光学声子与声子-极化激元之间存在一个时间滞后（$Δ$ t $\approx$ 0.2 ps），这是由声子-极化激元传播的耦合时间引起的。我们的研究结果提供了一个可能的应用铌酸锂$_{3}$的超快电光声子调制器的带宽大于10太赫兹。
2022-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Time-Resolved Phonon Dispersions of Thermally Excited Graphite at the Nanoscale
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）
本研究结合动量分辨振动EELS与脉冲激光加热、同步门控电子探测，实现纳米尺度下石墨热激发的时间分辨声子色散测量，揭示温度对声子支的影响，为相关动力学探测提供新途径。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Lattice dynamics and ultrafast energy flow between electrons, spins, and phonons in a 3d ferromagnet
铁磁体中磁序的超快动力学是由电子、磁和晶格自由度之间的相互作用决定的。为了获得超快退磁的微观理解，需要所有三个子系统的响应信息。然而，对退磁和微观能量流的一致描述仍然缺失。在这里，我们结合了飞秒电子衍射研究的超快晶格响应的镍激光激发与从头计算的电子-声子相互作用和能量守恒的原子自旋动力学模拟。我们的模型与观察到的晶格动力学和以前报道的电子和磁化动力学是一致的。我们的方法表明，自旋系统是占主导地位的热沉在最初的几百飞秒，并意味着一个瞬态的非热状态的自旋。我们的研究结果提供了一个清晰的图片之间的微观能量流的电子，磁和晶格自由度的超快时间尺度，并构成了理论描述的退磁是一致的所有三个子系统的动力学的基础。
2021-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast electron-phonon-magnon interactions at noble metal-ferromagnet interfaces
金钴双层膜的超快光激发触发了电子、声学和磁自由度之间的非平凡相互作用。在金-空气界面处产生的激光加热的电子扩散通过金层并且强烈地使钴中的晶格过热，导致超短声脉冲的发射和交换耦合磁振子的产生。时间分辨光学测量允许提取热边界（Kapitza）电阻在金属/金属界面和热电子在铁磁材料中的扩散长度。实验数据和分析处理的两个温度模型揭示了瞬态晶格过热的Kapitza电阻的作用。
2017-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast nonadiabatic phonon renormalization in photoexcited single-layer MoS$_2$
本文结合从头算含时Boltzmann方程和多体声子自能计算，研究了光激发单层MoS$_2$中动量与模式分辨的非绝热声子重整化，揭示了多谷拓扑主导的各向异性热化路径及声子反常演化，为定制电声子弛豫通道提供指导。
2023-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Electron-Phonon Decoupling in Graphite
我们报道了石墨与光致非平衡电子空穴等离子体相互作用的47.4THz相干声子的超快动力学。与传统材料不同，在光激发时，石墨的声子频率上移，并在几皮秒内弛豫到稳定值。我们的第一性原理密度泛函计算表明，声子硬化源于光诱导去耦的非绝热电子-声子相互作用，通过创建非平衡电子-空穴等离子体。时间分辨振动光谱为研究超快非平衡电子动力学提供了一个窗口。
2007-12-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electron-phonon interaction during optically induced ultrafast magnetization dynamics of Au/GdFeCo bilayers
光加热后GdFeCo电子的温度演化在GdFeCo的全光开关中起着关键作用，并且主要由电子和声子之间的耦合强度决定。通常，金属中的电子-声子耦合的强度是通过监测光加热后反射率的变化，然后用一个简单的双温度热模型分析瞬态反射率来推导的。在磁性金属中，不能假设反射率的变化仅取决于电子和声子温度，因为金属的反射率也取决于磁化强度。为了推导GdFeCo中的电子-声子耦合常数，我们分析了GdFeCo电子在光加热后Au和GdFeCo双层膜中的热输运。我们利用Au层的反射率来监测Au声子的温度演化。通过用热模型解释双层膜对加热的响应，我们确定GdFeCo中的电子-声子耦合常数为6 x 10^17 W/（m^3-K），对应于GdFeCo中的电子-声子弛豫时间约为150 fs。
2016-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast dynamics of electron-phonon coupling in a metal
在过去的十年中，时间分辨光谱工具的出现提供了一个新的地面探索固体中的基本相互作用和解开自由度的耦合导致广泛的结构在频域。时间和角度分辨光电子能谱（tr-ARPES）已被用来直接研究在电子-声子耦合的存在下，金属的弛豫动力学。讨论了光激发对自能实部和虚部的影响以及与不同复合过程相关的时间尺度。与理论模型相反，声子能量并没有设定一个明确的尺度来控制准粒子动力学，这也不同于在超导材料中观察到的结果。这些结果表明需要一个更完整的理论框架来理解光激发态中的电子-声子相互作用。
2020-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast generation and detection of propagating coherent acoustic phonon wave packets in ultra-thin iron pnictide films
我们观察到9 nm和60 nm BaFe \textsubscript{2} As \textsubscript{2}（Ba-122）薄膜的微分反射率的显著振荡，使用超快光谱。我们的研究表明，这种振荡是由传播的纵向声学（LA）声子波包引起的，具有很强的厚度和温度依赖性。特别地，对于超薄膜，实验测量的振荡频率接近50 GHz。计算结果表明，9 nm薄膜的杨氏模量是60 nm薄膜的近4倍，与实验结果一致。杨氏模量随厚度的减小而增加是由于材料-衬底失配效应导致的在膜-衬底界面附近的母体Ba-122四方性$c/a$的减小。报道了9 nm Ba-122薄膜的LA声子模频率随温度的变化关系。LA声子频率的温度依赖性变化归因于母体Ba-122正交性$(a-b)/(a+b)$的变化。
2021-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Electron-Phonon Scattering governs both Ultrafast and Precessional Magnetization Dynamics in Co-Fe Alloys
最近的研究已经推进了铁磁金属合金的结构-性质关系如何影响纳秒时间尺度上的磁化动力学的理解。对毫微微至微微秒时间尺度上的磁化动力学的类似理解尚不存在。为了解决这个问题，我们进行时间分辨磁光克尔效应（TRMOKE）测量的磁化动力学在钴铁合金的飞秒到纳秒制度。我们表明，钴铁组合物，表现出低吉尔伯特阻尼参数也具有延长超快退磁光激发后。我们分析了我们的实验TR-MOKE数据与三温度模型（3 TM）和Landau-Lifshitz-Gilbert方程。这些分析揭示了一个强大的成分依赖的动力学在所有的时间尺度上的电子-声子相互作用的强度。我们的发现对自旋电子学和磁振子学社区是有益的，并将有助于寻求节能磁存储应用。
2021-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast charge dynamics and photoluminescence in bilayer MoS2
我们的超快电荷动力学和电子-声子相互作用的双层二硫化钼的相互作用的检查提供了一个微观的基础，了解的特点（两个峰值）在发射光谱。我们证明了当激发电荷的初始积累发生在二维布里渊区的Q点及其附近时，发射主要通过两条途径发生：在K点的直接电荷复合和在布里渊区的K谷处的电子和Γ山处的空穴的间接声子辅助复合。电子-声子相互作用的波矢依赖性的分析跟踪较高的能量峰声子辅助弛豫的激发电子从Q到K谷的导带。因此，我们的研究结果揭示了超快电荷动力学的重要性，在了解光电发射性能的几层过渡金属二硫属化物。这些计算是基于密度矩阵公式中的时间相关的密度泛函理论。
2020-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Coherent and incoherent electron-phonon coupling in graphite observed with radio-frequency compressed ultrafast electron diffraction
利用射频压缩超快电子衍射技术，从晶格自由度的角度直接研究了1.55 eV（800 nm）脉冲电子激发与光学和声学声子模的相干和非相干耦合.观察到由于电子系统弛豫成非相干声子而导致的衍射强度的双指数抑制，其中250 fs的快速贡献主要由在$Γ$ -点（$Γ-E_{2g2}$）处耦合到$E_{2g2}$光学声子模式和在$K$ -点（$K-A_1^{'}$）处耦合到$A_1^{'}$光学声子模式。这两种模式在布里渊区的这些点有科恩异常。结果是一个独特的非平衡态，其中电子子系统处于热平衡，在光激发后500 fs内只有非常小的晶格自由度子集。这种状态通过进一步的电子-声子和声子-声子路径在6 ps的时间尺度上弛豫。此外，电子激发导致在石墨中的面内和面外相干晶格响应，其特征我们能够基于飞秒电子衍射数据中的光斑位置和强度调制来完全确定。平面内运动具体地是石墨烯平面的$Γ$点剪切模式，其具有大约0.06 μ m的振幅，并且平面外运动是膜的声学呼吸模式响应。
2014-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Theory of Out-of-Equilibrium Ultrafast Relaxation Dynamics in Metals
金属的超快激光激发导致电子和离子自由度的相关的高度非平衡动力学，然而，广泛使用的双温度模型只能很好地捕获这些动力学。在这里，我们开发了一个平衡理论，捕捉电子和声子种群的完整动态演化，并提供了一个微观描述的能量传递光学到电子的晶格。所有必要的非平衡能量过程，如电子-声子和声子-声子相互作用都考虑在内。此外，由于所有所需的量是从第一性原理计算，该模型给出了一个精确的描述的松弛动力学，而不需要拟合参数。我们将该模型应用于FePt，并表明详细的弛豫是不平衡的皮秒。
2017-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale-femtosecond dielectric response of Mott insulators captured by two-colour near-field ultrafast electron microscopy
表征和控制纳米结构莫特绝缘体的非平衡态对新兴的量子技术有很大的希望，同时为研究强相关系统的基础物理提供了一个令人兴奋的场所。在这里，我们使用双色近场超快电子显微镜光诱导的绝缘体到金属的过渡在一个单一的VO 2纳米线和探测随之而来的电子动力学结合纳米飞秒分辨率。我们利用飞秒时间门控的电子脉冲介导的红外激光脉冲，并利用非弹性电子-光散射的敏感性，在材料的介电函数的变化。通过空间映射的近场动力学的一个单独的纳米线的VO 2，我们观察到，超快的光掺杂驱动系统在约150 fs的时间尺度上的金属状态，而不会扰动晶格。由于电子探针的高通用性和灵敏度，我们的方法将允许捕获具有最终时空分辨率的各种纳米级材料的电子动力学。
2020-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Large-amplitude chirped coherent phonons in tellurium mediated by ultrafast photoexcited carrier diffusion
我们报告飞秒时间分辨反射率测量相干声子碲在很宽的温度范围内（3 K至296 K）和泵浦激光强度。一个完全对称的A $_{1}$相干声子在3.6太赫兹负责的反射率数据的振荡被观察到强烈的正啁啾（即，声子的时间周期减少，在较长的泵浦探测延迟时间）与增加的光激发载流子密度，更是在较低的温度。我们第一次表明，相干声子频率的温度依赖性是反常的（即，随着温度的升高而增加）在高的光激发载流子密度，由于电子-声子相互作用。在最高光激发载流子密度为1.4 $\times$ 10 $^{21}$ cm $^{-3}$和样品温度为3 K时，相干声子模的晶格位移估计高达$\sim$ 0.24 Ω.基于光吸收和载流子扩散耦合效应的数值模拟表明，载流子的扩散主导了时间分辨反射率的非振荡电子部分。最后，利用低载流子密度为6 $\times$ 10 $^{18}$ cm $^{-3}$的泵浦探测实验，分离出声子非谐性，得到了电子-声子耦合对声子频率和线宽的贡献。
2010-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of the lattice dynamics of transition metals using ultrafast electron diffraction
利用超快电子衍射技术研究了过渡金属薄膜的晶格动力学。我们观察到的光激发后，在几个皮秒的衍射强度的抑制，这是直接解释为晶格加热通过电子-声子相互作用。采用双温模型定量计算了Au、Cu和Mo的电子-声子耦合常数，与光泵浦-探测方法得到的结果一致。过渡金属晶格动力学的变化系统地解释了电子-声子耦合的强度，所产生的电子结构和原子质量的元素依赖性。
2016-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale diffractive probing of strain dynamics in ultrafast transmission electron microscopy
纳米结构系统中的光驱动高频应变波的控制是纳米声学进一步发展的重要组成部分。然而，广泛适用的实验手段，以定量映射这种结构的扭曲，其内在的超快时间和纳米长度尺度仍然缺乏。在这里，我们介绍了超快会聚束电子衍射（U-CBED）与纳米探测束的定量检索的时间相关的局部畸变张量。我们通过研究单晶石墨膜边缘附近的超快声变形来证明其能力。跟踪的结构失真与28 nm/700 fs的时空分辨率，我们观察到的声学膜呼吸模式与空间调制的振幅，由光学近场结构在膜边缘。此外，在膜边缘处发射面内极化声冲击波，其触发具有显著时空依赖性的二次声剪切波。实验结果进行了比较，在连续介质极限的数值声波模拟，突出微观耗散机制和弹道输运渠道的重要性。
2017-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Ultrafast Hot Phonon Dynamics in MgB$_2$ Driven by Anisotropic Electron-Phonon Coupling
带心$E_{2g}$模在MgB $_2$中起着至关重要的作用，控制着正常态的散射机制以及超导配对。在这里，我们表明，通过第一性原理量子场论计算，由于各向异性的电子-声子相互作用，$hot$ - $phonon$制度，其中的$E_{2g}$声子可以实现显着更大的有效人口比其他模式，被触发的MgB $_2$通过与超短激光脉冲的相互作用。这种情况下，在超快泵浦-探测拉曼光谱的光谱特征进行了详细讨论，揭示了非绝热过程中的$E_{2g}$模式的光学特性的基本作用。
2020-01-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Vibrational band structure of nanoscale phononic crystals
采用大规模分子动力学模拟和有限元方法研究了二维声子晶体的振动特性。由分子动力学模拟得到的振动能带结构显示了沿$Γ$ -M方向的部分声学带隙的存在。能带结构与有限元模型计算结果吻合较好，证明了分子动力学模拟可用于研究此类复杂系统的振动性质。的振动模式的结构的分析揭示了声学模式如何偏离较短的波长的均匀的散装行为，并暗示在声子晶体中的振动去耦。
2017-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted Auger enables ultrafast charge transfer in CdSe Quantum Dot/Organic Molecule
光激发量子点和分子受体之间的电荷转移是胶体纳米结构在大多数应用中的关键限制过程之一，最突出的是在光化学中。这一过程的原子详细描述将开辟新的方法来优化现有的和创建具有目标特性的新结构。我们实现了一个一对一的比较从头算非绝热分子动力学计算和瞬态吸收光谱实验，这使我们能够绘制一个全面的原子图像的电荷转移过程中，以下的时间演变的载流子在整个电子景观，并确定由此引起的振动。对于两种量子点尺寸，我们发现两个性质不同的过程。对于较大的结构，我们发现一个相对缓慢的（τ= 516 fs）的转移过程，我们解释了存在一个大的能量失谐和弱的电子振动耦合。对于较小的结构，由于强电子-空穴耦合触发的有效的声子辅助俄歇过程，该过程是超快的（τ= 20 fs）。
2018-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Imaging of Phonons and Reconfiguration in Topologically-Engineered, Self-Assembled Nanoparticle Lattice
首次将拓扑工程机械框架原理扩展至纳米粒子自组装晶格，利用液相透射电子显微镜实现纳米尺度声子成像，并结合离散机械模型，为制造多功能声子器件开辟新途径。
2024-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Imaging Nanoscale Carrier, Thermal, and Structural Dynamics with Time-Resolved and Ultrafast Electron Energy-Loss Spectroscopy
本综述介绍了时间分辨和超快电子能量损失谱（EELS）在理论和仪器上的最新进展，阐述了其从低损耗等离激元到核心能级激发的光谱计算与解释方法，并探讨了电子束单色化等新兴技术的未来方向，确立了该技术在揭示量子材料和太阳能转换器件纳米尺度动态过程中的关键地位。
2025-10-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nanoscale confinement of energy deposition in glass by double ultrafast Bessel pulses
超快激光脉冲在空间上被整形为贝塞尔光束，产生高纵横比的等离子体通道，其弛豫可以导致纳米通道的形成。我们报告了一个强大的增强的纳米通道钻孔效率与照明由10至500 ps之间的延迟分开的双脉冲。这使得能够形成直径低至100 nm的纳米通道。实验吸收测量表明，钻井效率的增加是由于能量沉积的约束的增加。纳米通道的形成对应于第二脉冲的吸收的急剧变化，表明发生了由第一脉冲产生的相变。这创造了一种高度吸收的长寿状态。我们的测量结果表明，它是兼容的半金属化的温暖致密的玻璃发生在第一个激光脉冲照射后的时间尺度<10 ps。
2021-02-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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 Spontaneous Exciton Dissociation via Phonon Emission in BiVO$_4$
本研究针对m-BiVO$_4$低能激子特性不明的问题，采用含声子屏蔽的从头算Bethe-Salpeter方程方法，发现其激子可通过声子发射快速解离，明确了间接带隙半导体中该过程的发生条件，凸显了声子屏蔽的关键作用。
2025-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Generation of Phonons with Angular Momentum During Ultrafast Demagnetization
Uppsala University（乌普萨拉大学）
通过Ehrenfest核动力学与TDDFT研究L1₀FePt超快消磁过程，发现原子旋转生成携带角动量的声子，揭示自旋-轨道耦合对超快自旋-声子相互作用的影响。
2025-04-23 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
NanoBTE: Fast Iterative Solution of the Phonon Boltzmann Transport Equation for Nanoscale Heat Transport
Fudan University（复旦大学）；Wenzhou University（温州大学）；Nanjing Normal University（南京师范大学）
针对纳米尺度热输运中声子输运偏离经典傅里叶描述的问题，提出NanoBTE求解器，采用有限体积法，支持多种条件，有迭代方案及任务分解策略，可加速收敛并实现并行化与GPU加速。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Resolving ultrafast exciton migration in organic solids at the nanoscale
基于分子的光捕获的有效性依赖于光激发、激子到电荷转移位点的传输。然而，由于纳米级迁移长度与衍射极限之间的不匹配，测量激子迁移具有挑战性。在有机半导体中，常见的批量方法采用一系列终止于淬火衬底的薄膜，改变了迁移的空间能量景观。在这里，我们而是定义淬火边界全光学与子衍射分辨率，从而表征时空激子迁移在其原生纳米和皮秒尺度上，而不干扰形态。通过将受激发射耗尽显微镜转换为时间分辨的超快方法，我们测量了CN-PPV共轭聚合物膜中16 nm的迁移长度。结合这些实验与Monte Carlo激子跳跃模拟表明，CN-PPV膜中的迁移基本上是扩散的，因为固有的发色团能量紊乱是可比的发色团之间的不均匀加宽。该框架还说明了各种材料的一般趋势。我们的新方法的子衍射分辨率将使以前无法实现的局部材料结构的激子迁移的性质的相关性，不仅适用于光伏或显示器注定的有机半导体，但也解释光合作用中表现出的典型激子迁移。
2017-06-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ultrafast spin-lattice relaxation in ferromagnets including effective spin-orbit fields
研究了模型带铁磁体中由于电子-声子相互作用引起的超快退磁。我们表明，由于电子-声子相互作用的自旋动力学背后的微观机制是相互作用的散射和周围的动量依赖的有效内部自旋轨道磁场的进动。如果内部场周围的自旋进动足够快（与散射时间相比），从而使横向自旋分量平均化，则所产生的磁化动力学只能通过自旋翻转跃迁来模拟。
2017-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast dynamical path for the switching of a ferrimagnet after femtosecond heating
最近有报道称，仅通过超快加热就可以在稀土、过渡金属亚铁磁合金中实现超快激光诱导磁开关。使用原子模拟和亚铁磁Landau-Lifshitz-Bloch形式主义，我们证明，开关发生的角动量是必要的，从纵向到横向磁化分量转移。这种动力学路径导致磁化翻转和随后的超快进动所造成的纳米尺度上的亚晶格间交换场。
2013-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon interaction, excitations and ultrafast photoemission from doped monolayer MoS2
我们分析了电子-声子耦合对掺杂单层MoS 2光发射特性和超快响应的影响。分析是基于DFT和多体（Eliashberg理论）的方法相结合。特别地，我们计算了在不同掺杂值下系统的电子和声子谱、电子-声子耦合和电子谱函数。我们还分析了系统的发射特性和对飞秒激光脉冲的响应。结果表明，在考虑激子效应的情况下，未掺杂体系的发射峰位置与实验结果一致。掺杂系统的自能和光谱函数的结果表明，人们可以预期超快过程是重要的系统响应，这使得系统的吸引力从现代技术应用的角度来看。与石墨烯类似，掺杂系统在被fs脉冲激发时展示了电子子系统的超快（fs）弛豫，以及高的超快声子弛豫诱导的可见光发射的光谱通量。与高载流子迁移率一起，单层MoS 2的这些特征可能用于现代光电技术。
2015-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct time domain sampling of sub-THz coherent acoustic phonon spectra in SrTiO$_3$ using ultrafast X-ray diffraction
利用SrRuO $_3$ /SrTiO $_3$超晶格作为光声换能器，在SrTiO $_3$单晶中合成了亚太赫兹纵向准单色声学声子。利用超快X射线衍射确定产生的声学声子谱。在时域中产生的声子谱的分析揭示了一个k矢量依赖的声子寿命。据观察，即使在亚太赫兹频率下，声子寿命也符合Akhiezer超声衰减模型中已知的1/ $ω^2$幂律。所观察到的合成光谱的更高的$q$的位移进行了讨论的框架中出现的非线性效应，由于高振幅的合成声子。
2013-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Revealing domain wall stability during ultrafast demagnetization
Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences（马克斯·普朗克多学科研究所）；Institute of Physics, University of Augsburg（奥格斯堡大学物理研究所）；School of Electrical Engineering, Tel Aviv University（特拉维夫大学电气工程学院）；th Physical Institute, University of Göttingen（哥廷根大学第四物理研究所）；Radboud University, Institute for Molecules and Materials（拉德堡德大学分子与材料研究所）
研究通过超快亚波长成像技术揭示磁域壁在超快消磁中的稳定性，发现其位置、形状和宽度在50%消磁范围内保持不变，同时探讨了强激发引起的纳米尺度磁域切换。
2025-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Perturbo: a software package for ab initio electron-phonon interactions, charge transport and ultrafast dynamics
Perturbo是用于材料中电荷输运和超快载流子动力学的第一性原理计算的软件包。目前的版本侧重于电子-声子相互作用，可以计算声子限制的输运性质，如电导率，载流子迁移率和塞贝克系数。它也可以模拟存在电子-声子散射的超快非平衡电子动力学。Perturbo使用来自密度泛函理论和密度泛函微扰理论计算的结果作为输入，并采用Wannier插值来降低计算成本。它支持范数守恒和超软赝势，自旋轨道耦合，以及体材料和2D材料的极性电子-声子校正。混合MPI加上OpenMP并行化的实施，使大型系统（高达至少50个原子）使用高性能计算的高效计算。总之，Perturbo提供了有效和广泛适用的从头算工具，以定量研究金属，半导体，绝缘体和2D材料中的电子-声子相互作用和载流子动力学。
2020-02-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Phonon propagation scale and nanoscale order in vitreous silica from Raman spectroscopy
对于纳米级系统，如纳米颗粒和3D键合网络，空间相干性的范围很好地反映在拉曼光谱图案。对于受限的或局域的声子，对光谱有贡献的q点的范围取决于声子限制长度，这使得可以从光谱中导出尺寸信息。在这项工作中，玻璃石英的拉曼光谱被描述为SiO2网络的局域声子。研究了谱图随约束尺寸的收敛性。结果表明，石英玻璃中的声子传播尺度在0.5- 2nm范围内。
2019-05-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Trans-phonon effects in ultrafast nano-devices
我们报道了碳纳米管（CNT）基器件中的一种新现象，即透声效应，它类似于空气动力学中的跨音速效应。这是由于类似于径向呼吸模式的纳米管声子的耗散共振，以及随后对滑动管的拖曳力的急剧激增，以及当管间滑动速度达到临界值时遇到的多个声子势垒。结果发现，transphonon效应可以通过应用几何约束或不同的手性组合的纳米管进行调谐。
2007-09-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
