固体质料中的电声耦合是凝聚态系统中最根本的彼此感化之一，它对各类物理现象起着重要感化。好比，低能电子激发与晶格振动的耦合将极大地影响系统的输运和热力学性量，并有助于间接带隙半导体的光吸收过程。电声耦合还从底子上供给了一种电子-电子间有效的吸引彼此感化，那也成为常规超导现象中电子配对的起源。对声子系统，电声耦合会显著影响晶格势以及声子色散关系，招致光电子谱、拉曼谱中的特征构造和孔恩异常。电声耦合也在自旋电子学和量子信息范畴阐扬着重要感化，例如，它耦合了极化子中的晶格和自旋自在度，并调理了NV色心中电子自旋的寿命。因而，对电声耦合的理解是研究固体动力学永久无法轻忽的根本过程。
做为描述多体量子系统动力学的尺度办法之一，绝热的玻恩-奥本海默近似将系统的电子-声子动力学看做较轻的电子绝热地跟从较重原子核的运动，在此过程中电子始末连结基态。然而，当电子态之间的能隙接近原子核运动的能量标准时（好比金属和窄带隙量子质料中的动力学），绝热近似将会失效。此时，为了准确天文解和预测质料的电声耦合及其动力学行为，必需要考虑非绝热效应（图1）。做为多系统统中最有目共睹的现象之一，非绝热效应关于理解和精准预丈量子质料的动力学行为至关重要。
图1：绝热和非绝热图像下的声子振动势能面（左图）以及相对应的费米面（右图）。TEP (thermal equilibrium phonons)：热声子；SNCP (strong nonlinear coherent phonons)：强非线性相关声子。
比来，操纵自主开发的第一性原理含时密度泛函分子动力学办法连系已有的尝试数据，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国度研究中心外表物理国度重点尝试室SF10研究组的博士生胡史奇等在孟胜研究员和王恩哥院士的指点下，摸索了固体中电子-声子非平衡动力学中的非绝热效应。他们提醒了非绝热效应对电子散布、声子能量、电声耦合以及响应的超导临界温度的批改有庞大奉献（图2）。那种非绝热电声耦合素质长短平衡态下电声耦合矩阵重整化和电子费米面展宽配合感化的成果，且具有很强的同位素效应。
图2：非绝热效应对石墨烷的 (a) 声子频次，(b) 电声耦合强度，(c) 超导改变温度的批改。横坐标暗示空穴掺杂后费米面的挪动。红线为考虑非绝热效应的成果，蓝线和黑点为绝热近似下的成果。
此外，操纵激光诱导的相关声子动力学，他们开发了一种不受简和谐绝热近似限造，在非平衡态下对大空间标准晶格势的全光学重构手艺。借助此手艺，他们进一步提醒了非绝热效应对晶格势及其相关机械、热学性量的批改感化。那种非绝热批改通过电声耦合将有效晶格势调造为基态和差别激发态的势能面的组合。令人诧异的是，晶格势的非简谐部门关于非绝热批改十分敏感，在某些质料中，该效应对非简谐势系数的批改能够高达45%（图3）。
图3. 非绝热效应对固体的晶格势重构的批改感化。非绝热效应对晶体势的简谐部门（即声子频次ℏ）影响较小，而对晶体势的非简谐系数（）影响庞大。
那些发现表白，非绝热效应会显著影响质料电声耦合相关的特征（如超导电性以及相关声子动力学过程），其感化比以前设想的愈加普遍、愈加重要，在确定量子多系统统中的切确彼此感化时应该得到充实考虑。非绝热电声耦合的研究也将为量子质料动力学的研究和应用供给了新的理解和响应战略。相关功效颁发在Mat. Today Phys. 27, 100790 (2022) 以及Phys. Rev. B 105, 224311 (2022) 上。
相关研究得到了科技部重点研发方案、国度天然科学基金委项目、中国科学院项目标帮助。
论文信息：S.Q. Hu, D.Q. Chen, S.J. Zhang, X.B. Liu, S. Meng*. PRobing precise interatomic potentials by nonadiabatic nonlinear phonons. Mat. Today Phys. 27, 100790 (2022). S.Q. Hu, X.B. Liu, D.Q. Chen, C. Lian, E.G. Wang*, S. Meng*. Nonadiabatic electron-phonon coupling and its effects on suPErconductivity. Phys. Rev. B 105, 224311 (2022).
文章链接：
MatTodayPhys27.100790.pdf
PhysRevB.105.224311.pdf
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