Le bismuth a une distortion structurelle qui rend les positions des atomes très sensibles à la distribution électronique. Cette conjecture est vérifiée expérimentalement en modifiant le nombre d'occupation des électrons par l'absorption d'une impulsion laser femtoseconde. En suite à la photoexcitation, un phonon cohérent module la distance entre les atomes le long de la direction (111). Le réseau se déplace vers une phase hypothétique avec un seul atome par maille élémentaire. Cette dynamique peut être observée directement en détectant l'intensité des photoélectrons en fonction de leur énergie cinétique et du retard pompe-sonde. L'image A montre que la position de la bande supérieure électronique suit des modulations périodiques à la fréquence du mode cohérent. Des mesures similaires à plusieurs vecteurs d'onde selon la direction G-M montrent une grande variation de l'amplitude d'oscillation (voir image B). Cette variation du couplage électron-phonon par rapport au vecteur d'onde est essentielle dans plusieurs problèmes de physique du solide : elle explique l'existence d'ondes de densité de charge qui ne respectent pas la condition de "nesting" et elle permet l'estimation correcte de la température de transition supraconductrice dans le composé MgB₂.

[1] Coherent Phonon Coupling to Individual Bloch States in Photoexcited Bismuth; E. Papalazarou, J. Faure, J. Mauchain, M. Marsi, A. Taleb-Ibrahimi, I. Reshetnyak, A. van Roekeghem, I. Timrov, N. Vast, B. Arnaud, and L. Perfetti, Phys. Rev. Lett. 108, 256808 (2012).
[2] Direct observation of electron thermalization and electron-phonon coupling in photoexcited bismuth; J. Faure, J. Mauchain, E. Papalazarou, M. Marsi, D. Boschetto, I. Timrov, N. Vast, Y. Ohtsubo, B. Arnaud, and L. Perfetti, Phys. Rev. B  88, 075120 (2013).

Projet FEMTOARPES