dissertation
Tanusree Saha (Avtor), Giovanni De Ninno (Mentor)

Povzetek

Complex systems in condensed matter are characterized by strong coupling between different degrees of freedom constituting a solid. In materials described by many-body physics, these interactions may lead to the formation of new ground states such as excitonic insulators, Mott insulators, and charge and spin density waves. However, the inherent complexity in such materials poses a challenge to identifying the dominant interactions governing these phases using equilibrium studies. Owing to the distinct timescales associated with the elementary interactions, such complexities can be readily addressed in the non-equilibrium regime. Additionally, these materials might also show the emergence of new, metastable “hidden“ phases under non-equilibrium. The thesis investigates the ultrafast timescales of fundamental interactions in candidate systems by employing time-and angle-resolved photoemission spectroscopy in the femtosecond time domain. In the (supposed) excitonic insulator model system Ta2NiSe5, the timescale of band gap closure and the dependence of rise time (of the photoemission signal) on the photoexcitation strength point to a predominantly electronic origin of the band gap at the Fermi level. The charge density wave (CDW) - Mott insulator 1T-TaS2 undergoes photoinduced phase transition to two different phases. The initial one is a transient phase which resembles the systems’s high temperature equilibrium phase, followed by a long-lived “hidden“ phase with a different CDW amplitude and is primarily driven by the CDW lattice order. For the spin density wave system CaFe2As2 where multiple bands contribute in the formation of Fermi surfaces, selective photoexcitation was used to disentangle the role played by different electron orbitals. By varying the polarization of photoexcitation pulses, it is observed that dxz/dyz orbitals primarily contribute to the magnetic ordering while the dxy orbitals have dominant role in the structural order. The findings of the present study provide deeper perspectives on the underlying interactions in complex ground phases of matter, therefore, initiating further experimental and theoretical studies on such materials.

Ključne besede

complex systems;charge density wave;excitonic insulator;metastable phase;Mott insulator;non-equilibrium;spin density wave;timescales;dissertations;

Podatki

Jezik: Angleški jezik
Leto izida:
Tipologija: 2.08 - Doktorska disertacija
Organizacija: UNG FPŠ - Fakulteta za podiplomski študij
Založnik: [T. Saha]
UDK: 53
COBISS: 154203395 Povezava se bo odprla v novem oknu
Št. ogledov: 103
Št. prenosov: 2
Ocena: 0 (0 glasov)
Metapodatki: JSON JSON-RDF JSON-LD TURTLE N-TRIPLES XML RDFA MICRODATA DC-XML DC-RDF RDF

Ostali podatki

Sekundarni jezik: Slovenski jezik
Sekundarni naslov: Preučevanje ultra hitre dinamike elektronov v koreliranih sistemih s pomočjo časovno ločljive fotoemisije
Sekundarni povzetek: Za kompleksne sisteme v kondenzirani snovi je značilna močna sklopitev med različnimi prostostnimi stopnjami, ki to snov tvorijo. V materialih, ki jih opisuje fizika več teles, lahko takšne interakcije vodijo v nastanek novih osnovnih stanj, kot so ekscitonski in Mottovi izolatorji ter valovi gostote naboja in spina. Zaradi zapletene narave takšnih sistemov lahko z ravnovesnimi študijami le stežka prepoznamo prevladujoče interakcije v omenjenih fazah. Po drugi strani pa lahko zaradi prisotnosti različnih karakterističnih časovnih skal kompleksne materiale lažje obravnavamo z nerovnovesnimi tehnikami. Poleg tega lahko v neravnovesju v omenjenih materialih pride do pojava novih, metastabilnih t.i. skritih stanj. V disertaciji smo raziskali ultra hitre časovne skale osnovnih interakcij v omenjenih sistemih z uporabo femtosekundne kotno ločljive fotoemisijske spektroskopije. V (domnevnem) ekscitonskem izolatorju Ta2NiSe5 karakteristični čas, v katerem se zapre energijska vrzel, ter odvisnost karakteristi čnega časa dviga fotoemisijskega signala od jakosti svetlobnega vzbujanja kažeta na to, da je energijska vrzel v omenjenem materialu elektronskega izvora. V Mottovem izolatorju 1T-TaS2, v katerem so prisotni valovi gostote naboja (ang. charge density wave - CDW) pride pri fotovzbujanju do prehoda v različne neravnovesne faze in sicer najprej v neravnovesno stanje, ki je podobno visoko temperaturnem ravnovesnem stanju in nato v dolgoživo “skrito“ stanje z manjšo CDW amplitudo, pričemer je gonilna sila teh prehodov kristalni red CDW. V vzorcih CaFe2As2, za katere so značilni valovi gostote spina in kjer več energijskih pasov prispeva k nastanku Fermijeve površine, smo s selektivnim fotovzbujanjem ugotavljali kakšna je vloga različnih orbital. S spreminjanjem polarizacije vzbujevalnih sunkov smo opazili, da dxz/dyz orbitale primarno prispevajo k magnetnemu urejanju, medtem ko imajo dxy orbitale glavno vlogo v strukturnem redu. Ugotovitve te študije ponujajo nov vpogled v temeljne interakcije v kompleksnih materialih in predstavljajo osnovo za nadaljnje eksperimentalne in teoretične raziskave.
Sekundarne ključne besede: kompleksni sistemi;val gostote naboja;ekscitonski izolator;metastabilna faza;Mottov izolator;neravnovesje;val gostote spina;časovne skale;disertacije;
URN: URN:SI:UNG
Vrsta dela (COBISS): Doktorsko delo/naloga
Komentar na gradivo: Univ. v Novi Gorici, Fak. za podiplomski študij
Strani: XXVII, 136 str.
ID: 19116397