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相变材料在飞秒激光激发后弹性软化的直接观测

DOI：10.1103/PhysRevB.101.060302 期刊：Physical Review B 出版年份：2020 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 利用飞秒激光泵浦和X射线自由电子激光探测技术，通过皮秒时间分辨X射线衍射分析了晶体Ge2Sb2Te5中光激发弹性波的产生与传播。晶格在激发后约20皮秒内出现各向异性初始膨胀，随后伴随晶格应变的周期性振荡。立方[111]方向的弹性刚度在初始膨胀阶段显著软化，且[100]与[110]方向的应变幅度最大。这表明飞秒激光激发在Te层与Ge-Sb层间形成了较浅的层间势，最终导致立方[111]方向弹性刚度软化。此外，这种软化态增强了体系对外部应力场的敏感性。薄膜中的残余内应力会促进立方相向菱方相转变过程中特定变体的选择性形成，从而引发后续的各向异性膨胀。这些现象与材料超快非晶化过程密切相关，具有重要的研究价值。
作者： Tomoya Kawaguchi，Kazuya Tokuda，Seiya Okada，Makina Yabashi，Tetsu Ichitsubo，Noboru Yamada，Eiichiro Matsubara
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究飞秒激光激发后晶体GST薄膜弹性刚度的瞬态变化。

研究成果

研究发现，在飞秒激光激发后，沿[111]方向立即出现显著软化现象，这归因于非热原子间势能变化。这种软化在首次弹性波传播期间迅速弛豫。各向异性膨胀表明晶体对称性从立方相转变为菱方相，且衬底约束导致的应变/应力偏置进一步强化了该效应。这些发现为从晶态到非晶态超快结构变化的初始阶段提供了重要见解。

研究不足

该研究聚焦于飞秒激光激发后的瞬态过程，未探讨长期效应或在存储器件中的应用。分析仅限于晶态Ge2Sb2Te5材料，所得结论可能不直接适用于其他相变材料。

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