Bi$_2$Se$_3$ 晶体中声子驱动的超快对称性降低

选择性激发固体中原子相干大振幅振动可诱导奇异的非平衡态，其中电子、磁性和晶格自由度之间的相互作用特征被显著改变且潜在对称性被破缺。此处我们使用强单周期太赫兹脉冲相干驱动 Bi$_2$Se$_3$ 晶体的偶极活性 $E_u^1$ 声子模。结果，在非线性过程中多个拉曼活性模被同时激发，其中具有 $E_g^2$ 对称性的一个模在激发后前两个皮秒内经历动力学劈裂。相应的角散射图样被改变，表明具有较低晶体对称性的非平衡态中两种声子模共存。我们还观察到原始 $E_g^2$ 模的短寿命频率劈裂，其在激发后立即达到未扰动值的 $\sim 25\%$。该瞬态以 $\sim$ 1 ps 的特征时间弛豫，接近于共振激发的红外活性 $E_u^1$ 模平方振幅的衰减时间。我们讨论动力学劈裂的可能机制：由强 $E_u^1$ 振动引起的非线性晶格形变，以及由非线性电子-声子相互作用引起的各向异性电子分布激发。我们的数据也包含支持太赫兹脉冲激发 Bi$_2$Se$_3$ 中相干 $E_g^2$ 声子的和频拉曼机制的证据。