Ultrafast Electron Diffraction

Figure: diagramme de diffraction électronique obtenu sur un échantillon GdTe3 à T = 155 K. Les flèches rouges pointent vers les pics satellites qui apparaissent en raison de la distorsion du réseau dans la phase de symétrie brisée, c'est-à-dire en présence de l'onde de densité de charge.
Figure : principe de la diffraction électronique résolue en temps
Photo: Isabel Gonzalez effectuant une expérience de diffraction ultra-rapide (photo de Jérémy Barande)

Notre groupe a construit une expérience de diffraction d’électrons ultrarapide, nous permettant de réaliser des expériences pompe-sonde en utilisant un paquet d’électrons de 50-100 keV pour sonder le réseau d’échantillons soumis à une photoexcitation ultrarapide. La configuration a une résolution temporelle typique de 300 fs au mieux. Cette activité est relativement nouvelle et nous avons obtenu des résultats dans des systèmes modèles tels que le silicium. Récemment, nous avons commencé à nous attaquer à des problèmes plus ambitieux tels que l’étude des transitions de phase de l’onde de densité de charge (CDW) dans des systèmes plus complexes tels que les matériaux de la famille RTe3 (R est une terre rare). Nous avons pu suivre l’évolution de la transition de phase sur des échelles de temps de la picoseconde. Les résultats montrent que le CDW est détruit en moins de 1 ps suite à la photoexcitation. Plus intéressant, nous trouvons que l’état CDW se reforme avec une échelle de temps qui dépend de la température du réseau. Le temps de récupération du CDW s’allonge à mesure que la température du réseau s’approche de la température critique Tc, un effet rappelant le « ralentissement critique » dans les transitions de phases thermodynamiques.

Figure: Dynamique du CDW dans GdTe3. Gauche: variations d'intensité relative des principaux pics de Bragg en fonction du retard pompe-sonde. À droite: changements d'intensité relative des pics du satellite. Les différentes couleurs correspondent à différentes fluences laser. La diminution brutale des pics de satellite en dessous du seuil de détection indique la destruction de l'état CDW.

Publications associées:

“Time-resolved structural dynamics of the out-of-equilibrium charge density wave phase transition in GdTe3”, I. Gonzalez-Vallejo et al., to be submitted

Observation of large multiple scattering effects in ultrafast electron diffraction on single crystal silicon”; I Gonzalez Vallejo, G. Gallé, B. Arnaud, S. A. Scott, M. G. Lagally, D. Boschetto, P.-E. Coulon, G. Rizza, F. Houdellier, D. Le Bolloc’h and J. Faure, Phys. Rev. B 97, 054302 (2018)

Contact: Jérôme Faure

Personnes impliquées :  Davide Boschetto, Emmanuel Peronne