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ZrSiS和NbAs中直接光激发的狄拉克费米子和外尔费米子

DOI：10.1063/1.5055207 期刊：Applied Physics Letters 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 我们采用86毫电子伏至500毫电子伏的中红外泵浦光子，对狄拉克线节点半金属ZrSiS和外尔半金属NbAs进行了超快光学测量，直接激发了线性色散能带中的狄拉克费米子和外尔费米子。在NbAs中，光激发的外尔费米子最初形成非热分布，表现为微分反射率中出现一个短暂尖峰，其符号由泵浦光与探测光的相对能量决定。而在ZrSiS中，电子-电子散射使电子迅速达到热平衡状态，未观测到该尖峰。随后两种材料中的热载流子均在数皮秒内冷却。如这两种材料的微分反射率所示，这种冷却过程在符号、形态和时间尺度上均存在差异。但我们发现，该过程可用无自由参数的简单热电子模型描述。ZrSiS中的电子冷却速度尤其快，这可能使其适用于光电器件应用。
作者： Chris P. Weber，Leslie M. Schoop，Stuart S. P. Parkin，Robert C. Newby，Alex Nateprov，Bettina Lotsch，Bala Murali Krishna Mariserla，J. Matthew Kim，Keshav M. Dani，Hans A. Bechtel，Ernest Arushanov，Mazhar Ali
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研究概述 实验方案

研究目的

研究ZrSiS和NbAs材料中狄拉克费米子和外尔费米子的超快光学特性，以了解其在光电子学应用中的潜力。

研究成果

研究表明，在ZrSiS和NbAs中可以直接激发狄拉克费米子和外尔费米子，其动力学过程可用简单的热电子模型很好地描述。ZrSiS中快速的电子冷却特性表明其在高速光电器件方面具有应用潜力。不同材料响应的差异凸显了材料特异性在超快光学行为中的重要性。

研究不足

该研究的模型通过假设理想线性色散来简化材料特性，并排除了粒子-空穴不对称性、非拓扑能带以及拓扑能带曲率等效应。ZrSiS中的快速热化过程发生在实验的时间分辨率范围内，从而限制了对非热分布的观测。

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