Mechanism of Absorption of Light by Free Continuum Polarons

Kartheuser, E.; Evrard, R.; Devreese, Jozef T.

doi:10.1103/physrevlett.22.94

Cited by 107 publications

(114 citation statements)

References 5 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Upon cooling, the maximum of this band remains between 200 and 350 meV, and at 7K an additional peak emerges on the low-energy side with a maximum varying from 120 (0.1%) to 140 meV (2%). Devreese et al [25,26,27] have numerically found a broad mid-infrared band with (for intermediate couplings) a peak at lower energies. They explain it as a multiphonon band and the peak as a relaxed state of an electron optically excited within the polaronic potential well.…”

Section: Figmentioning

confidence: 99%

Electron-Phonon Interaction and Charge Carrier Mass Enhancement inSrTiO3

Mechelen¹,

Marel²,

Grimaldi³

et al. 2008

Phys. Rev. Lett.

199

213

View full text Add to dashboard Cite

We report a comprehensive THz, infrared and optical study of Nb doped SrTiO3 as well as DC conductivity and Hall effect measurements. Our THz spectra at 7 K show the presence of a very narrow (< 2 meV) Drude peak, the spectral weight of which shows approximately a factor of three enhancement of the band mass for all carrier concentrations. The missing spectral weight is regained in a broad 'mid-infrared' band which originates from electron-phonon coupling. We find no evidence of a particularly large electron-phonon coupling that would result in small polaron formation. Analysis of the results yields an electron-phonon coupling parameter of an intermediate strength, α ≈ 4.PACS numbers: 71.38.-k, 72.20.-i, 78.20.-e Electron-phonon coupling in the perovskites is a subject of much recent interest due to the controversy over its relevance in the phenomena of multiferroicity, ferroelectricity, superconductivity and colossal magnetoresistance [1,2,3,4,5]. Despite much progress, full understanding of the physics of electron-phonon coupling in perovskites is still lacking because of additional crystallographic complexities of many materials involved (breathing, tilting and rotational distortions, ferroelectric symmetry breaking), magnetism, complex electronic effects (strong correlations), and also because of the lack of high-accuracy spectroscopic measurements specifically designed to probe electron-phonon coupling.With this in mind, we have studied a prototypical perovskite oxide, SrTi 1−x Nb x O 3 with 0 ≤ x ≤ 0.02. SrTiO 3 is an insulator (∆ = 3.25 eV) with the conduction band formed by the Ti 3d states. These are split by the crystal field so that the three t 2g states become occupied when the material is electron-doped by substituting pentavalent Nb for tetravalent Ti. For 0.0005 ≤ x ≤ 0.02 SrTi 1−x Nb x O 3 becomes superconducting at a T c of typically ∼ 0.3 K [6,7], and at most 1.2 K [5]. Characterized by the threefold degeneracy of the conduction bands and the high lattice polarizability, electron doped SrTiO 3 provides a perfect opportunity for the study of electronphonon coupling and polaron formation in an archetypal perovskite [8,9].

show abstract

Section: Figmentioning

confidence: 99%

Electron-Phonon Interaction and Charge Carrier Mass Enhancement inSrTiO3

Mechelen¹,

Marel²,

Grimaldi³

et al. 2008

Phys. Rev. Lett.

199

213

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Decay rates of excited states are severely underestimated in the one-phonon approximation [6,10]. We may not rule out the possibility that at larger values of α sharp peaks do appear in OC.…”

mentioning

confidence: 99%

“…In contrast, the experimental data on optical conductivity (OC) spectra, σ βδ (ω), are readily available, but most theoretical methods can not well treat the excited states, and, as a result, are less accurate in predicting σ(ω). For decades, going back to early papers [2,3,4], the polaron OC (especially within the Fröhlich model [5,6,7,8]) constantly attracts attention of theoretical community.…”

mentioning

confidence: 99%

“…To contribute sharp peaks to OC spectra the decay rate of the lowest RES must be relatively small (otherwise the very notion of RES becomes vague). The decay rate for RES with the energy 0.066α 2 [10,11,12] was calculated in the one-phonon approximation [6] and a sharp peak in OC was predicted for α ≥ 5. Devreese, De Sitter, and Goovaerts (DSG) [7] reproduced this result by the expansion of the impedance Z(ω) ∼ 1/σ(ω) within the Feynman-Hellwarth-IddingsPlatzman (FHIP) theory [3].…”

mentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Optical Conductivity of the Fröhlich Polaron

et al. 2003

View full text Add to dashboard Cite

We present accurate results for optical conductivity of the three dimensional Fröhlich polaron in all coupling regimes. The systematic-error free diagrammatic quantum Monte Carlo method is employed where the Feynman graphs for the momentum-momentum correlation function in imaginary time are summed up. The real-frequency optical conductivity is obtained by the analytic continuation with stochastic optimization. We compare numerical data with available perturbative and non-perturbative approaches to the optical conductivity and show that the picture of sharp resonances due to relaxed excited states in the strong coupling regime is "washed out" by large broadening of these states. As a result, the spectrum contains only a single-maximum broad peak with peculiar shape and a shoulder.PACS numbers: 02.70.Ss, 71.38.Fp, Since the seminal work of Landau [1] the polaron problem, i.e. renormalization of quasiparticle properties due to coupling to phonons, has been attracting considerable attention serving as a testing ground for non-perturbative methods. The Hamiltonian for polarons consists of terms describing free particle and phonon states [2] (Planck's constant and electric charge are set to unity)which interact through the particle-phonon couplingIn Eqs.(1-2), a k and b q are the particle and phonon annihilation operators in momentum space, respectively. The most popular models are the following two: (i) Holstein lattice polaron (characterized by the tight-binding dispersion law ε(k) = 2t i=x,y,z cos(k i ) with hopping amplitude t, dispersionless optical phonons ω q = ω 0 , and short-range interaction vertex V H (q) = γ), and (ii) the continuous Fröhlich polaron (FP) (characterized by ε(k) = k 2 /2m, ω q = ω 0 , and long-range interactionthe convention is to measure energies in units of ω 0 , and length scales in units of 1/ √ mω 0 ). Although there are many reliable methods of calculating ground-state properties of polarons, the latter are hard to test directly in experiments. In contrast, the experimental data on optical conductivity (OC) spectra, σ βδ (ω), are readily available, but most theoretical methods can not well treat the excited states, and, as a result, are less accurate in predicting σ(ω). Even in the strong-coupling limit the results on OC are full of contradictions. In the variational adiabatic treatment of polarons at strong coupling [9] one finds the so-called relaxed excited states (RES), i.e. quasi-stable states with the lattice distortion adjusted to the excited particle wavefunction. To contribute sharp peaks to OC spectra the decay rate of the lowest RES must be relatively small (otherwise the very notion of RES becomes vague). The decay rate for RES with the energy 0.066α 2 [10,11,12] was calculated in the one-phonon approximation [6] and a sharp peak in OC was predicted for α ≥ 5. Devreese, De Sitter, and Goovaerts (DSG) [7] reproduced this result by the expansion of the impedance Z(ω) ∼ 1/σ(ω) within the Feynman-Hellwarth-IddingsPlatzman (FHIP) theory [3]. However, the validity of the one-ph...

show abstract

“…В некоторых теориях ОП поляронов, например [9,10], обычно имеется некая бесфононная линия при неко-торой энергии E 0 (не всегда наблюдаемая в экспери-ментах) и фононная структура (пики или ступеньки), подчиняющиеся формуле E = E 0 + n · E p . Отличитель-ной особенностью теории [6] является E 0 = 0.…”

unclassified

Обнаружение Дефектов, Связывающих Свободные Поляроны В Окрашенных Щелочно-Галоидных Кристаллах

Коровкин¹

2017

Физика Твердого Тела

View full text Add to dashboard Cite

Сделано предположение, что дефектами, связывающими свободные поляроны в окрашенных щелочно-галоидных кристаллах (ЩГК), являются F ′ -центры, то есть дефекты, тормозящие движение дислокаций (фотопластический эффект). Выполненные эксперименты подтвердили это предположение. Таким образом, анионная вакансия в ЩГК может при низкой температуре удерживать на себе три электрона -два электрона на глубоком уровне (F ′ -центр) и еще один электрон в виде связанного поляронного состояния. Он удерживается благодаря выигрышу в энергии при взаимодействии локальной деформации полярона и локальной деформации, окружающей F ′ -центр, несмотря на наличие кулоновского отталкивания. DOI: 10.21883/FTT.2017.03.44157.107 Ранее, используя двухступенчатую фотопроводимость, в окрашенных гамма-облучением кристаллах ЩГК при T < 78 K был обнаружен и исследован интересный объект [1-4], который по своим характеристикам был определен как полярон, а именно:1. В NaCl (сперва исследовался этот кристалл) энер-гия термического разрушения, максимум оптического поглощения (ОП) и максимум фотоионизации (ФИ) (фоторазрушения) относились как 1 : 2 : 3, что соответ-ствовало теории Пекара для поляронов [5]. Правда, для исследованных позднее кристаллов KCl и KBr это соотношение выполнялось хуже.2. В теоретической работе [6], посвященной исследо-ванию ОП малого полярона, показано, что спектр ОП полярона представляет собой широкий пик, изрезанный более узкими равноотстоящими фононными пиками, положение которых на шкале энергий отвечает формуле E = n · E p , где E p -энергия продольного фонона. Наши экспериментальные результаты находятся в хорошем согласии с этим [1,2]. Единственное расхождение за-ключается в том, что полуширина пика ОП примерно в 2 раза меньше, чем в этой теории. Теория [6] предска-зывает уменьшение амплитуды фононных осцилляций при повышении температуры, что также подтверждается в наших экспериментах.3. Последовательности фононных осцилляций в ОП и в ФИ позволяют с большой точностью определить вели-чину энергии продольных оптических фононов, проявля-ющихся в этих спектрах. При этом, величина фонона из спектров ФИ оказывается больше таковых из спектров ОП как в NaCl, так в KCl и в KBr на 10.8%, 7.4% и 5.2% соответственно [1,3,4], что подтверждает результат тео-ретических работ [7,8], в которых утверждается, что должно наблюдаться " смягчение" фононных мод поля-рона по сравнению с продольным оптическим фононом кристалла.Таким образом, несомненно, этот объект является поляроном, но так как при низких температурах он стабилен и может быть создан в большой концентрации (достигалось ОП в 1/cm ), то это связанный полярон. Быть может, именно этот факт, отличающий его от по-ляронов теории [6], и приводит к тому, что полуширина его спектра ОП примерно в 2 раза меньше, чем в этой теории.В некоторых теориях ОП поляронов, например [9,10], обычно имеется некая бесфононная линия при неко-торой энергии E 0 (не всегда наблюдаемая в экспери-ментах) и фононная структура (пики или ступеньки), подчиняющиеся формуле E = E 0 + n · E p . Отличитель-ной особенностью...

show abstract

Mechanism of Absorption of Light by Free Continuum Polarons

Cited by 107 publications

References 5 publications

Electron-Phonon Interaction and Charge Carrier Mass Enhancement inSrTiO3

Electron-Phonon Interaction and Charge Carrier Mass Enhancement inSrTiO3

Optical Conductivity of the Fröhlich Polaron

Обнаружение Дефектов, Связывающих Свободные Поляроны В Окрашенных Щелочно-Галоидных Кристаллах

Contact Info

Product

Resources

About