近日，物理系超快光子学实验室马国宏教授团队联合山东科技大学张会云教授和南京大学梁世军副教授，在量子材料II类Dirac半金属非平衡态的研究上取得重要进展，该工作以“Observation of Negative Terahertz Photoconductivity in Large Area Type-II Dirac Semimetal PtTe2”为题发表于物理顶级学术期刊《Physical Review Letters》上，并被评为当期的编辑推荐(Editors’Suggestion)文章。
近年来，II类Dirac半金属由于其新奇的拓扑性质以及在光电子器件领域丰富的应用引发了研究人员的极大的关注。PtTe2作为II类Dirac半金属的典型代表，其在平衡态下的性质已被广泛研究，而在非平衡态下的性质却有待揭示。理解PtTe2光激发后形成的各种元激发的形成、动力学演化、澄清其潜在的相互作用机制不仅提供了控制能量弛豫和耗散的路径——这对凝聚态物理及器件物理是极其重要的，也为进一步探索其他II类Dirac半金属和Weyl半金属光激发准粒子动力学打开了大门。而瞬态太赫兹 (THz) 光电导谱具有超快、无损和无接触等特性，是探索各种元激发动态相互作用的理想光谱工具。
本研究以超快THz光谱技术为手段，系统探究了II类Dirac半金属PtTe2中的光激发超快载流子动力学，在亚皮秒时间尺度内观测到了反常且十分有趣的负THz光电导响应。考虑到PtTe2具有很强的电子-声子耦合，结合激发功率、样品温度、样品厚度依赖的瞬态THz光谱以及THz光电导率色散证明了这种反常的负光电导源于一种准粒子——小极化子(small polaron)的形成。光激发后由于很强的电子-光学声子耦合引起光载流子附近的晶格畸变，载流子产生自捕获效应，导致系统的迁移率降低，从而导致负的光电导现象。该工作对追踪并操控电声耦合以及电子的能量弛豫具有重要意义，对基于PtTe2的超快光电子器件的开发与设计提供了重要的平台与借鉴。
上海大学为本论文的第一完成单位和通讯单位，马国宏教授指导的物理系博士生索鹏为该论文的第一作者，上海大学马国宏教授和南京大学梁世军副教授为共同通讯作者。
本研究得到国家自然科学基金重点项目No.61735010等科研项目的资助。
论文链接：
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.126.227402
