Las vibraciones de los átomos en un cristal del arseniuro de galio semiconductor GaAs se desplazan impulsivamente a una frecuencia más alta por una corriente eléctrica ópticamente excitada. El cambio relacionado en la distribución espacial de la carga entre los átomos de galio y arsénico actúa de nuevo en sus movimientos a través deinteracciones eléctricas.
Para golpear una guitarra, una técnica implementada por muchos guitarristas de rock, significa acortar una cuerda vibrante rápidamente con un segundo dedo y, por lo tanto, cambiar a un tono más alto. Esta técnica permite tocar más rápido y legato, un enlace más suavede tonos posteriores. Los investigadores de Berlín y París ahora han demostrado un análogo martillado en cristales al cambiar la frecuencia de los movimientos atómicos con una corriente eléctrica generada impulsivamente. Como informan en el último número de la revista Cartas de revisión física , una corriente eléctrica generada por la excitación óptica de femtosegundos desplaza las vibraciones reticulares particulares, los fonones ópticos transversales TO, a una frecuencia más alta.
La red cristalina de GaAs consiste en una disposición regular de átomos de galio y arsénico unidos por enlaces químicos covalentes. Los átomos en la red pueden experimentar una variedad de vibraciones, entre ellas el fonón TO con una frecuencia de 8 THz = 8,000,000,000,000 de vibracionespor segundo. La densidad de electrones en los átomos de arsénico es algo mayor que en los átomos de galio, lo que lleva a un momento dipolo eléctrico local y hace que la red cristalina sea eléctricamente polar. Esta propiedad hace que el movimiento vibratorio sea susceptible a las fuerzas eléctricas.
En los experimentos, un primer pulso óptico de femtosegundos lanza una oscilación de fonones TO, que es perturbada por un segundo pulso que excita electrones desde la valencia hasta la banda de conducción del semiconductor. Esta excitación está conectada con un cambio de carga local, es decir,la llamada corriente de cambio eléctrico. La corriente de cambio mejora la densidad de electrones en los átomos de galio. Este cambio en la distribución de electrones del cristal conduce a una polarización eléctrica transitoria, que genera una fuerza eléctrica y, por lo tanto, actúa de nuevo en el movimiento del fonón TOComo resultado, la frecuencia de fonones TO en el cristal excitado cambia en una pequeña cantidad.
La medición del pequeño cambio de frecuencia del fonón representa un gran desafío experimental. En el presente estudio, la oscilación del fonón TO se mapeó en tiempo real a través de la onda THz irradiada desde el momento dipolo del fonón oscilante. La onda THz se midió en amplitudy fase con una precisión extremadamente alta. La onda THz radiada muestra un cambio de frecuencia hacia arriba después de que el segundo pulso ha interactuado con la muestra. El cambio de frecuencia es obvio a partir del período de oscilación ligeramente más corto de la onda THz en comparación con el caso sin el segundo pulsotrazo negro. El desplazamiento ascendente de la frecuencia del fonón TO tiene un valor de 100 GHz o aproximadamente el 1 por ciento de la frecuencia inicial. Un análisis de los resultados experimentales muestra que un electrón fotoexcitado en un volumen de cristal de 20,000 unidades de GaAslas células inducen el cambio de frecuencia de uno por ciento.
El cambio de la frecuencia del fonón TO observado aquí por primera vez también debería ocurrir en una gama más amplia de semiconductores con una red polar y en materiales ferroeléctricos.
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Materiales proporcionado por Forschungsverbund Berlin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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