Photoexcitation-Induced Nonthermal Ultrafast Loss of Long-Range Order in GeTe

作者
Liqiu Yang,Subodh Tiwari,Shogo Fukushima,Fuyuki Shimojo,Rajiv K. Kalia,Aiichiro Nakano,Priya D. Vashishta,Paulo Sergio Branicio
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:13 (43): 10230-10236 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c02448
摘要

Nonadiabatic quantum molecular dynamics is used to investigate the evolution of GeTe photoexcited states. Results reveal a photoexcitation-induced picosecond nonthermal path for the loss of long-range order. A valence electron excitation threshold of 4% is found to trigger local disorder by switching Ge atoms from octahedral to tetrahedral sites and promoting Ge-Ge bonding. The resulting loss of long-range order for a higher valence electron excitation fraction is achieved without fulfilling the Lindemann criterion for melting, therefore utilizing a nonthermal path. The photoexcitation-induced structural disorder is accompanied by charge transfer from Te to Ge, Ge-Te bonding-to-antibonding, and Ge-Ge antibonding-to-bonding change, triggering Ge-Te bond breaking and promoting the formation of Ge-Ge wrong bonds. These results provide an electronic-structure basis to understand the photoexcitation-induced ultrafast changes in the structure and properties of GeTe and other phase-change materials.

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