Interferenza quantistica tra eccitazioni di carica in isolanti di Mott

Tradizionalmente, la natura di isolante o conduttore di un materiale è determinata dalla sua struttura a bande. Nei cosiddetti "materiali fortemente correlati", invece, le proprietà ottiche ed elettriche sono dettate dalle interazioni elettrone-elettrone. Un esempio importante sono gli isolanti di Mott, materiali che sarebbero conduttori in base alla loro struttura a bande ma diventano isolanti a seguito dell'interazione tra elettroni. La fotoeccitazione, che ridistribuisce le cariche, può controllare queste interazioni a molti corpi su scale temporali ultraveloci e indurre in tali materiali transizioni di fase, che trovano interessanti applicazioni per la realizzazione di dispositivi optoelettronici innovativi. Numerosi esperimenti di spettroscopia ottica ad elevata risoluzione temporale hanno studiato la dinamica delle transizioni di fase in materiali fortemente correlati. Tuttavia la dinamica quantistica a molti corpi delle pure eccitazioni elettroniche è finora rimasta inesplorata a causa della scala temporale molto rapida su cui avviene. In questo lavoro abbiamo misurato, mediante la tecnica del pump-probe con impulsi infrarossi di durata inferiore a 10 femtosecondi, le eccitazioni elettroniche coerenti in un isolante di Mott unidimensionale, il sale organico ET-F2TCNQ. In seguito alla foto-eccitazione impulsiva e alla corrispondente delocalizzazione di carica, compare una nuova risonanza che oscilla alla frequenza di 25 THz. Le nostre simulazioni tempo-dipendenti e rigorose a livello quantomeccanico della risposta ottica del materiale permettono di riprodurre le oscillazioni e mostrano che la delocalizzazione elettronica avviene attraverso l'interferenza quantistica tra stati legati e stati ionizzati. Il risultato degli esperimenti ha quindi svelato per la prima volta, negli isolanti di Mott, le dinamiche ultraveloci sulle scale di tempo associate all'hopping degli elettroni e alle correlazioni intersito. 

Authors: S. Wall, D. Brida, S. R. Clark, H. P. Ehrke, D. Jaksch, A. Ardavan, S. Bonora, H. Uemura, Y. Takahashi, T. Hasegawa, H. Okamoto, G. Cerullo, and A. Cavalleri

Title: Quantum interference between charge excitation paths in a solid-state Mott insulator

Journal: Nature Physics

Year: 2011

References: 7 (2011), 114-118