动力学双折射：电子-空穴再碰撞作为 Berry 曲率的探针
材料科学
2017-11-29 v2
摘要
Berry 相位的直接测量在凝聚态系统中仍是一项重大挑战。瓶颈在于在散射强烈且复杂的固体中，使电子相干地绝热驱动穿过布里渊区的大部分区域的能力。我们突破了这一瓶颈，并展示了半导体中的高阶边带产生（HSG）深受 Berry 相位的影响。当近带隙激光束激发由足够强的太赫兹（THz）频率电场驱动的半导体时，会发生电子-空穴再碰撞和 HSG。我们对三个 GaAs/AlGaAs 量子阱的 HSG 进行了实验和理论研究。观测到的 HSG 光谱包含高达 90 阶的边带，据我们所知这是固体中观测到的最高阶光学非线性。最高阶边带与在 Γ 点周围相干驱动穿过约 10% 布里渊区的电子-空穴对相关联。主要的实验论断是动力学双折射：当阶数足够高（> 20）时，激发近红外（NIR）和 THz 电场偏振垂直时的边带通常比平行时更强；在淬火无序足够弱的样品中，边带强度依赖于 THz 场与晶轴之间的角度；尽管激发和驱动场近乎线偏振，边带仍表现出显著的椭圆率，且椭圆率随边带阶数增加而增大。我们通过推广高阶谐波产生的三步模型来解释动力学双折射。空穴在 THz 场作用下准动量变化时，由于其内态的变化而积累 Berry 相位。动力学双折射源于时间反演电子-空穴再碰撞路径对之间的量子干涉。
引用
@article{arxiv.1706.08449,
title = {Dynamical birefringence: Electron-hole recollisions as probes of Berry curvature},
author = {Hunter B. Banks and Qile Wu and Darren C. Valovcin and Shawn Mack and Arthur C. Gossard and Loren Pfeiffer and Ren-Bao Liu and Mark S. Sherwin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1706.08449},
year = {2017}
}