新模型阐明光激薄膜的晶格动力学
Cesar Zhu译
这张图片描述激光激发薄膜的时间分辨X射线衍射现象,由于相干晶格动力学,膨胀子层和压缩子层之间形成了短暂的裂缝。
在晶体结构中,晶格动力学和原子的运动会影响材料的物理和化学性质。这种现象可以直接用超快X射线衍射进行研究,飞秒X射线脉冲通过与电子核的结构相作用来超快拍摄晶体中的原子位置。
然而,目前对半透明衬底上不透明薄膜在光激发下的晶格动力学还没有综合性的研究。所以,通过超快X射线衍射数据解释样品仍充满挑战。
目前,一个德国的研究小组建立了描述光激薄膜结构动力学的分析模型,并用超速X射线衍射方法进行了验证。该成果发表在AIP出版社《结构动力学》期刊上。
研究人员用飞秒近红外激光激发SrRuO3金属薄膜使其沉积在透明的SrTiO 3基底上,随后用相同的短硬X射线脉冲探测原子结构。通过比较不同薄膜厚度和激发条件下所产生的时间分辨衍射图,他们发现了决定晶格动力学系统的四个参数:薄膜的厚度、纵波声速、比例因子和形状系数。
波茨坦大学的研究员Daniel Schick说:“几乎所有镭射薄膜的超快实验都涉及到相干晶格动力学,超快实验时间尺度主要取决于膜厚度和纵波声速。” 接着,他们把这些因素整合到分析模型中来解释观察到不同薄膜x射线衍射的变化因素。
通过这个模型,他们解释了这个令人困惑的现象:虽然薄膜实质上是被激光激发加热应该迅速膨胀,但是薄膜的有效部分在激光照射样品后几皮秒时间内却被压缩。超快x射线衍射探明薄膜布拉格峰出现短暂“分裂”,提供了薄膜平均原子距离的直接信息。这种现象与不透明薄膜的空间受激状况有直接联系,最简单的分析,是由激光的光学吸收长度引起并作为形状因子包含在分析模型中。
研究人员运用这种相对简单的模型系统建立了自己的模型,并应用到更加复杂的研究中,如研究晶格电荷的强耦合和铁电磁性材料的自旋自由度。
来源:http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141118125154.htm
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