Strain wave pathway to semiconductor-to-metal transition revealed by time-resolved X-ray powder diffraction
Céline Mariette
(1)
,
Maciej Lorenc
(1)
,
Hervé Cailleau
(1)
,
Eric Collet
(1)
,
Laurent Guérin
(1)
,
Alix Volte
(1)
,
Elzbieta Trzop
(1)
,
R Bertoni
(1)
,
Xu-Dong Che
(1)
,
Bruno Lépine
(1)
,
O Hernandez
(2)
,
Etienne Janod
(3)
,
Laurent Cario
(3)
,
Vinh Ta-Phuoc
(4)
,
S Ohkoshi
(5)
,
H Tokoro
(5, 6)
,
L Patthey
(7)
,
A Babic
(7)
,
I Usov
(7)
,
D Ozerov
(7)
,
L Sala
(7)
,
S Ebner
(7)
,
P Böhler
(7)
,
A Keller
(7)
,
A Oggenfuss
(7)
,
T Zmofing
(7)
,
S Redford
(7)
,
S Vetter
(7)
,
R Follath
(7)
,
P Juranic
(7)
,
A Schreiber
(7)
,
P Beaud
(7)
,
V Esposito
(8, 7)
,
Y Deng
(7)
,
G Ingold
(7)
,
M Chergui
(9)
,
G F Mancini
(7, 9)
,
R Mankowsky
(7)
,
C Svetina
(7)
,
S. Zerdane
(7)
,
A Mozzanica
(7)
,
A Bosak
(10)
,
M Wulff
(10)
,
M Levantino
(10)
,
H Lemke
(7)
,
Marco Cammarata
(1)
1
IPR -
Institut de Physique de Rennes
2 ISCR - Institut des Sciences Chimiques de Rennes
3 IMN - Institut des Matériaux Jean Rouxel
4 GREMAN - GREMAN (matériaux, microélectronique, acoustique et nanotechnologies)
5 UTokyo - The University of Tokyo
6 Université de Tsukuba = University of Tsukuba
7 PSI - Paul Scherrer Institut
8 SLAC - SLAC National Accelerator Laboratory
9 EPFL - Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
10 ESRF - European Synchrotron Radiation Facility
2 ISCR - Institut des Sciences Chimiques de Rennes
3 IMN - Institut des Matériaux Jean Rouxel
4 GREMAN - GREMAN (matériaux, microélectronique, acoustique et nanotechnologies)
5 UTokyo - The University of Tokyo
6 Université de Tsukuba = University of Tsukuba
7 PSI - Paul Scherrer Institut
8 SLAC - SLAC National Accelerator Laboratory
9 EPFL - Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
10 ESRF - European Synchrotron Radiation Facility
Céline Mariette
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Maciej Lorenc
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Eric Collet
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Laurent Guérin
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Elzbieta Trzop
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Bruno Lépine
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Vinh Ta-Phuoc
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S. Zerdane
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Marco Cammarata
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Résumé
One of the main challenges in ultrafast material science is to trigger phase transitions with short pulses of light. Here we show how strain waves, launched by electronic and structural precursor phenomena, determine a coherent macroscopic transformation pathway for the semiconducting-to-metal transition in bistable Ti(3)O(5) nanocrystals. Employing femtosecond powder X-ray diffraction, we measure the lattice deformation in the phase transition as a function of time. We monitor the early intra-cell distortion around the light absorbing metal dimer and the long range deformations governed by acoustic waves propagating from the laser-exposed Ti(3)O(5) surface. We developed a simplified elastic model demonstrating that picosecond switching in nanocrystals happens concomitantly with the propagating acoustic wavefront, several decades faster than thermal processes governed by heat diffusion.
| Origine | Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte |
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