Hidden phonon-assisted charge density wave transition in BaFe2Al9 revealed by ultrafast optical spectroscopy
Beijing Normal University（北京师范大学）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences（中国科学院金属研究所）
BaFe2Al9中通过超快光学光谱发现隐藏的强耦合声子辅助电荷密度波相变，揭示电子与晶格不稳定性交织的机制。
2025-10-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Ultrafast switching of photoinduced phonon chirality in the antiferrochiral BPO$_{4}$ crystal
Nanjing University of Posts and Telecommunications（南京邮电大学）；Nanjing Normal University（南京师范大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
研究通过超快太赫兹光控制BPO₄晶体中手性声子的动态切换，实现超快光学操控声子手性的新方法。
2025-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast phononic switching of magnetization
识别一个有效的途径来改变序参量通过一个微妙的激励耦合的高频模式是该领域的超快相变的最终目标。这是磁学中一个特别有趣的研究方向，其中自旋和晶格激发之间的耦合是磁化反转所必需的。然而，尽管进行了几次尝试，通过声子模式的共振泵浦在磁状态之间切换尚未得到证实。在这里，我们展示了如何在磁性石榴石薄膜的纵向光学声子模式的超快共振激发开关磁化到一个奇特的四极磁畴模式，明确揭示了磁弹性机制的开关。相反，强吸收横声子模的激发只产生热退磁效应。
2020-10-26 cond-mat.mtrl-sci
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
Signatures of ultrafast reversal of excitonic order in Ta$_2$NiSe$_5$
在存在电子-声子耦合的情况下，激子绝缘体具有两个简并基态，用Ising型序参量描述。从微观汉密尔顿出发，我们推导出声子耦合激子绝缘体Ta $_2$ NiSe $_5$中伊辛序参量的运动方程，并表明使用适当的激光脉冲序列可以在超短时间尺度上可控地反转。结合理论和时间分辨的光学反射率测量，我们报告的证据，这种序参量反转Ta $_2$ NiSe $_5$的相干激发顺序参数耦合声子的异常行为的基础上。我们的工作拓展了自旋和电荷有序材料之外的超快序参量控制领域。
2020-12-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast Nonequilibrium Enhancement of Electron-Phonon Interaction in 2H-MoTe$_2$
该研究结合时间分辨极紫外光电子能谱与约束密度泛函微扰理论，揭示光激发载流子密度可调控2H-MoTe$_2$中非平衡电子-声子相互作用，为驱动固体中弛豫路径的调控提供了微观机制理解。
2025-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Modeling the relaxation processes of photoexcited solids: A short review
固体吸收飞秒激光脉冲后的超快电子动力学过程主要由电子-电子、电子-声子、声子-电子和声子-声子碰撞控制。建立一个正确解释实验观测的框架是非常重要的。本文综述了固体弛豫动力学模型的最新进展。我们讨论了超快弛豫的有效温度动力学和过剩能量动力学。
2019-01-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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 electron calorimetry uncovers a new long-lived metastable state in 1T-TaSe$_2$ mediated by mode-selective electron-phonon coupling
量子材料代表了寻求更快，更轻，更节能技术的最有前途的前沿之一。然而，它们固有的复杂性和丰富的相位景观使它们难以以有用的方式理解或操纵。在这里，我们提出了一种新的超快电子量热技术，可以系统地揭示量子物质的新阶段。利用时间和角度分辨光电子能谱，我们测量了动态电子温度、能带结构和热容。然后，我们表明，这是一个非常敏感的探针材料中的相变，因为电子反应非常快，而且通常是最小的组成部分的总热容。这使我们能够发现一个新的长寿命的亚稳态的电荷密度波材料1 T-TaSe $_2$，这是从所有已知的平衡相不同：它的特征是一个显着降低的有效热容，只有30%的正常值，由于选择性的电子-声子耦合到声子模式的子集。结果，与在热平衡条件下相比，需要显著更少的能量来熔化装料顺序和转变材料的状态。
2019-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
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
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
Ultrafast quasiparticle relaxation dynamics in normal metals and heavy fermion materials
我们提出了一个详细的理论研究的超快准粒子弛豫动力学观察正常金属和重费米子材料的飞秒时间分辨光泵浦探测光谱。对于正常金属，非热电子分布在低温下产生与温度（T）无关的电子-声子弛豫时间，这与双温模型预测的T^{-3}发散行为相反。对于重费米子化合物，我们发现在费米能附近的态密度峰内的重电子的电子-声子散射的阻挡是解释电子-声子弛豫时间在近藤温度以下快速增加的关键。我们提出的假设，较低的费米速度相比，声速提供了一个自然的阻塞机制，由于能量和动量守恒定律。
2004-02-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Generation of Phonons with Angular Momentum During Ultrafast Demagnetization
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
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 optically induced ferromagnetic/anti-ferromagnetic phase transition in GdTiO$_3$ from first principles
外延生长和化学取代一直是功能材料设计的主要手段。这些静态技术已经在通过调整微妙的结构扭曲来控制复杂氧化物的性质方面取得了巨大的成功。最近，一种基于用强中红外线激发红外活性声子的方法已经为通过与拉曼声子的特殊非线性耦合来动态控制结构创造了机会。我们使用第一性原理技术表明，这种方法可以动态地诱导磁性相变从铁磁基态到一个隐藏的反铁磁相在稀土钛酸盐GdTiO $_3$为现实的实验参数。我们表明，Jahn-Teller失真，Gd位移，和红外声子运动的组合占主导地位，这个相变的八面体旋转的影响很小，与传统的智慧。
2018-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Possible phonon-induced electronic bi-stability in VO$_2$ for ultrafast memory at room temperature
VO $_{2}$是在67 $^\circ$ C下表现出金属到绝缘体转变的模型材料系统。这为存储器设备中的未来超快切换提供了潜力，但通常需要纯电子过程来避免缓慢的晶格响应。晶格振动的作用因此很重要，但它并没有得到很好的理解，并且长期以来一直是争议的来源。我们使用超快光谱和从头计算相结合的方法来揭示负责过渡的机制。我们确定了一个非典型的Peierls振动模式，作为一个触发器的过渡。这排除了VO $_{2}$中纯电子Mott跃迁的长期存在的范例;然而，我们发现了一种新的电子-声子途径，用于在特定条件下以真正的双稳态方式进行纯可逆电子跃迁。这种转变是非常不典型的，因为它涉及纯粹的电荷样激发，只需要很小的核位移。我们的研究结果将促进未来的超快电阻非易失性存储器设备的设计。
2019-01-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
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
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
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
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
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
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
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
Ultrafast Control of Excitonic Rashba Fine Structure by Phonon Coherences in a Metal Halide Perovskite CH$_3$NH$_3$PbI$_3$
我们在CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$中发现了隐藏的Rashba精细结构，并证明了它的量子控制是通过选择性振动（电子-声子）耦合的振动相干来实现的。在单周期太赫兹泵浦场的临界阈值以上，拉曼声子模式明显地调制具有{ \em持续}相干性的中间激子态，其调制时间是两侧主要耦合到红外声子的激子态的十倍以上。这些电子振动量子拍频与声子周期性调制的Rashba参数的第一原理建模一起识别{ \em三重}激子精细结构分裂，即，在两个明亮的暗态之间的光禁止的简并暗态。利用振动量子相干性和对称性激发了光-钙钛矿量子控制和自旋分裂带的亚太赫兹周期“Rashba工程”，用于最终的多功能器件。
2020-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
Lattice thermal conductivities of two SiO$_2$ polymorphs by first-principles calculation and phonon Boltzmann transport equation
两种SiO $_2$多晶型物的晶格热导率，即，采用第一性原理非简谐声子计算和线性化的声子Boltzmann输运方程，研究了$α$ -石英（低）和$α$ -方石英（低）的声子输运。虽然$α$ -石英和$α$ -方石英具有相似的声子态密度，但声子群速度和寿命的声子频率依赖性不同，这导致晶格热导率的各向异性大不相同。对于$α$ -石英和$α$ -方石英，声子寿命的分布，有效地确定晶格热导率的能量和动量守恒的三个声子散射加权声子占据数和一个参数，代表的声子-声子相互作用强度。
2018-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Toward precise simulations of the coupled ultrafast dynamics of electrons and atomic vibrations in materials
超快光谱可以在短时间尺度上获得电子和原子核的动力学，从而揭示材料中的非平衡现象。然而，解释这些实验的精确计算的发展已经落后，因为广泛采用的模拟方案仅限于亚皮秒时间尺度或采用缺乏定量准确性的简化相互作用。在这里，我们展示了一种精确的方法来获得非平衡电子和原子振动（声子）的时间依赖的人口高达几十皮秒，与飞秒的时间分辨率。结合第一性原理电子-声子和声子-声子相互作用与并行数值方案的时间步长耦合电子和声子玻尔兹曼方程，我们的方法提供了前所未有的微观洞察激发材料中的散射机制。以石墨烯为例，我们演示了超快电子和声子动力学、瞬态光吸收、结构快照和扩散X射线散射的计算。我们的第一性原理方法为材料中超快动力学的定量原子模拟铺平了道路。
2020-09-16 cond-mat.mes-hall 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 Relaxation Dynamics of Hot Optical Phonons in Graphene
利用超快光学泵浦探测光谱技术，研究了在碳化硅衬底上外延生长的单层和多层石墨烯薄膜以及在镍衬底上化学气相沉积的单层和多层石墨烯薄膜中热光学声子的弛豫动力学。在光激发后的前几百飞秒中，热载流子将其大部分能量损失到热光学声子的产生中，热光学声子随后成为随后载流子冷却的主要瓶颈。在短时间尺度上的光学声子冷却被发现是独立的石墨烯生长技术，层数，和类型的基板。我们发现平均声子寿命在2.5-2.55 ps范围内。我们用速率方程模拟了耦合载流子-声子系统的弛豫动力学，发现实验数据与理论符合得很好。提取的光学声子寿命与基于非简谐声子相互作用的理论非常吻合。
2009-12-28 cond-mat.mes-hall 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 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
A direct solution to the phonon Boltzmann equation
将频变声子玻尔兹曼方程转化为布里渊区不可约部分上的积分方程。同时对角化的碰撞核的方程和对称晶体类运营商允许获得一个频谱表示的晶格热导率在有限的频率有效。该方法被应用到C，Si和Mg $_2$ Si的静态和动态热导率。
2013-03-17 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 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
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 relaxation of acoustic and optical phonons in a topological nodal-line semimetal ZrSiS
尽管是研究最多的节线半金属，一个清晰的理解的瞬态弛豫动力学和潜在的机制，在ZrSiS是缺乏。利用时间和角度分辨的光电子能谱，我们研究了ZrSiS的超快弛豫动力学，揭示了一个独特的松弛在体相线状态，这是很好地捕获的一个简单的模型的基础上的光学和声学声子冷却。我们发现线性衰减过程的光学和声学声子弛豫声冷却抑制在高温下。我们的研究结果揭示了不同的衰减机制的体和表面状态，并铺平了道路，以了解在这种材料的导电机制。
2021-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Carrier Dynamics in the Large Magnetoresistance Material WTe$_{2}$
利用超快光抽运-探测光谱技术跟踪大磁电阻材料WTe $_{2}$中载流子的动力学行为。我们的实验揭示了一个快速的弛豫过程发生在亚皮秒的时间尺度上，这是由电子-声子热化，使我们能够提取的电子-声子耦合常数。在$\sim$ 5-15皮秒的时间尺度上发生的另外的较慢的弛豫过程归因于声子辅助的电子-空穴复合。随着温度从300 K降低，由于声子数量的减少，控制该过程的时间尺度增加。然而，低于$\sim$ 50 K时，复合时间的异常减少，这很可能是由于电子结构的变化，该变化与在该材料中观察到的大磁阻有关。
2015-10-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
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
Ultrafast dephasing of coherent optical phonons in atomically controlled GeTe/Sb$_{2}$Te$_{3}$ superlattices
利用反射型泵浦探测技术研究了GeTe/Sb $_{2}$ Te $_{3}$超晶格中相干光学声子的飞秒动力学.时间分辨瞬态反射率（TR）结果表明，生长态SL在5.10 THz和3.78 THz处具有相干的A $_{1}$模，而退火态SL在3.68 THz处只具有A $_{1}$单模.退火SL中的A $_{1}$模的衰减速率与温度有很强的相关性，而生长SL中的衰减速率与温度无关。这一结果表明，非晶超晶格中的相干A $_{1}$声子的阻尼是由声子-缺陷（空位）散射而不是非谐声子-声子耦合决定的。
2015-03-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
