超快光电发射实验表征石墨中的光激发电子恢复热平衡过程

击中导体表面的光脉冲将其大部分能量转移到材料中的电子，使其处于激发态的时间只有几分之一秒。描述光激发态电子如何回到热平衡的特性对于超快光电器件的应用是有意义的，但由于所涉及的时间尺度非常短，因此具有挑战性。现在，德国基尔大学(University of Kiel)的一个由迈克尔·鲍尔(Michael Bauer)领导的研究小组，追踪了石墨中的电子在50飞秒(fs)内是如何随着光脉冲的激发而演化的，揭示了在这个基本上未被探索的时间窗口中起作用的主要过程。

在他们的实验中，作者将一个短的光脉冲(7-fs)对准刚切割的石墨样品，然后进行时间和角度分辨的光辐射光谱分析，以成像样品的电子结构，因为它在时间上的演变。凭借几飞秒的分辨率，该团队能够识别出光激发后的不同阶段:第一阶段，电子被能量流入快速地逐出平衡状态;由特定的电子-电子和电子-声子散射过程驱动的能量和动量再分配的第二阶段;第三阶段，从22 fs开始，在脉冲之后，电子由于声子的冷却而接近热平衡。作者观察到，最后一个阶段是从能量最高的电子开始的，然后逐渐发展，直到50 fs之后，所有电子都处于热平衡状态，有效温度为几千开尔文。这种高时间分辨方法可以应用于其他具有良好光电性能的材料的超快电子动力学研究。

在他们的实验中，作者将一个短的光脉冲(7-fs)对准刚切割的石墨样品，然后进行时间和角度分辨的光辐射光谱分析，以便随着时间的推移对样品的电子结构进行成像。凭借几飞秒的分辨率，该团队能够识别光激发后的不同阶段：第一阶段，电子被能量流入迅速驱动出平衡状态; 第二阶段由特定电子 - 电子和电子 - 声子散射过程驱动的能量和动量再分配;第三阶段，在脉冲后22 fs开始，由于声子的冷却，电子接近热平衡。作者观察到，最后一个阶段始于能量最高的电子并逐渐发展，直到50 fs后，所有电子在数千开尔文(kelvin)的有效温度下处于热平衡状态。这种高时间分辨率方法可用于研究具有良好光电性能的其他材料中的超快电子动力学。