导语：半导体砷化镓(GaAs)晶体中的原子振动被光激发电流脉冲地移动到更高的频率。
图1.砷化镓的晶胞(边长为0.56 nm [0.56毫米的百万分之一]的立方体)，其中镓(黑色)和砷原子(红色)通过共价键(蓝色)连接。砷化镓晶体由数十亿个这种晶胞组成。| 图MBI
镓和砷原子之间的电荷空间分布的相关变化通过电相互作用重新作用于其运动。
为了锤击吉他，许多摇滚吉他手所采用的技术意味着用第二根手指快速缩短振动弦，从而切换到较高的音调。此技术可加快播放速度和连奏，使后续音调更平滑地链接。柏林和巴黎的研究人员现在已经通过用脉冲产生的电流切换原子运动的频率来证明晶体中的锤击式模拟。正如他们在《物理评论快报》(Physical Review Letters)的最新一期中所报道的那样，飞秒光学激发产生的电流将特定的晶格振动(横向光学(TO)声子)转移到更高的频率。
GaAs的晶格由规则排列的镓和砷原子(图1)组成，它们通过共价化学键结合在一起。晶格中的原子会经历各种振动，其中TO声子的频率为8 THz = 8000000000000每秒振动。砷原子上的电子密度略高于镓原子上的电子密度，这导致局部电偶极矩并使晶格变成极性。该特性使振动运动容易受到电力的影响。
在实验中，第一飞秒光脉冲产生TO声子振荡，第二声脉冲激发电子从价电子到半导体的导带，从而扰动该振荡。该激励与局部电荷的移动(即所谓的电流移动)相关。转移电流增强了镓原子上的电子密度。晶体电子分布的这种变化会导致瞬态极化，从而产生一个电场力，从而作用于TO声子运动。结果，受激晶体中的TO声子频率变化很小。
微小声子频移的测量代表了巨大的实验挑战。在本研究中，TO声子振荡是通过振荡的声子偶极矩辐射的太赫兹波实时绘制的。太赫兹波在幅度和相位上的测量都非常精确(图2)。在第二个脉冲与样品相互作用后，辐射的太赫兹波显示出频率上移。与没有第二个脉冲(黑色迹线)的情况相比，从太短的THz波的振荡周期(图2中的红色迹线)可以明显看出频移。TO声子频率的上移值是100 GHz或约为初始频率的1%。
首次观察到的TO声子频率的变化也应该发生在具有极性晶格的更大范围的半导体和铁电材料中。