ZrTe5中的光诱导狄拉克半金属

由量子和拓扑保护产生具有独特性质的新奇物质相，是现代研究的一个重要方向。特别令人感兴趣的是利用超快外部刺激（如光激发）按需构造这些相，这为它们集成到与光通信和信息技术兼容的未来器件中提供了前景。在此，我们使用MeV超快电子衍射（UED）展示了在拓扑绝缘体ZrTe$_5$中，飞秒激光脉冲如何诱导出瞬态三维（3D）狄拉克半金属态。我们观察到布拉格衍射的显著变化，这是光诱导态中键畸变的特征。利用从UED精修的原子位置，我们对电子能带结构进行了密度泛函理论（DFT）分析。我们的结果表明，ZrTe$_5$的平衡态是具有约25 meV小带隙的拓扑绝缘体，这与角分辨光电子能谱（ARPES）实验一致。然而，在光诱导瞬态态中，在强自旋轨道耦合（SOC）存在下带隙闭合，手性能带结构中出现了无质量狄拉克费米子。弛豫动力学到瞬态狄拉克半金属态的时间尺度异常长，$\tau \sim$160 ps，比传统的声子驱动结构弛豫长两个数量级。长弛豫与狄拉克谱中消失的态密度以及伴随狄拉克费米子出现的SOC控制能带结构的缓慢自旋再极化一致。