ZrTe$_5$ 中光致亚稳态的起源

我们利用时间分辨和角度分辨光电子能谱以及基于密度泛函理论的电子和声子计算，研究了模型狄拉克半金属 ZrTe$_5$ 的非平衡电子结构。通过测量高达 10 皮秒时间延迟下 $\Gamma$ 点附近的电子色散，我们发现能带谱权重在测量的时间窗口内未恢复，揭示了该材料电子结构中光致亚稳态的存在。我们的计算发现，光致激发的 $A_{1g}$ 声子模式导致能带重整化，这不仅支持了我们在布里渊区中心的实验观测，还预测了实验窗口之外的能带结构变化，最终展示了从直接带隙半金属到间接带隙半金属的演化；这种能带重整化显著降低了电子-空穴复合率，从而导致了该系统中的亚稳态。