When an ultrashort laser pulse of visible light is absorbed by a solid, mainly the electrons in the material are excited. In metals, free electrons in the conduction band can directly absorb photons. In semiconductors and dielectrics, on the other hand, a band gap has to be overcome first, as almost no free electrons are present at room temperature in the unexcited material. Due to this excitation, the electronic system, or the so-called electron-hole plasma, is in a nonequilibrium state. A sequence of different relaxation processes transfers the material into a new equilibrium. Depending on the interaction associated with the particular relaxation process, it occurs on a characteristic timescale. On the basis of complete Boltzmann-type collision integrals, we calculate the transient distribution functions of electrons and phonons in different materials. We consider electron-electron interaction, different ionization processes, as well as electron-phonon coupling. By that we trace the relaxation cascade of nonequilibrium electrons after ultrafast heating. Distinct material properties enter through the density of states of the electrons in the conduction band. We study in particular noble metals, dielectrics and ferromagnets. In noble metals and ferromagnets, d-electrons play an important role, whereas in dielectrics two separated bands govern the dynamics and the ionization state may differ from. We show, that the electron distributions deviate from Fermi distributions for timescales up to a few picoseconds. While the initial thermalization within one band has an intrinsic timescale of typically only a few tens of femtoseconds, nonequilibrium occupations of the different bands as well as continous electron-phonon coupling can drive the conduction electrons out of equilibrium for much longer times [1, 2]. We present in detail the mutual influence of different interaction and relaxation processes.
[1] N. Brouwer and B. Rethfeld, Phys. Rev. B 95, 245139 (2017). [2] S.T. Weber and B. Rethfeld, Phys. Rev. B 99, 174314 (2019).

В докладе будет представлен обзор полученных к настоящему времени результатов в задаче об описании геометрии линий уровня квазипериодических функций на плоскости и задачах, связанных с ней. В частности, будут рассмотрены случаи квазипериодических функций на плоскости с различным числом квазипериодов, а также особенности поведения траекторий динамических систем, связанных с такими функциями (и также некоторых их обобщений). Как можно показать при этом, во многих интересных случаях траектории таких систем могут быть представлены конечным числом различных типов, отвечающим различным нетривиальным множествам в пространстве параметров таких систем. В качестве примера разбиения пространства параметров на такие множества можно привести разбиение угловых диаграмм проводимости металлов в сильных магнитных полях на конечное число классов сложности.

Используя симметрийные аргументы, мы показываем, что во многих металлах с антиферромагнитным упорядочением эффективный g-фактор носителей заряда, измеренный по магнитным квантовым осцилляциям, равен нулю. Прведено экспериментальное исследование этого эффекта и сравнение с предложенной теорией. Мы обнаружили, что антиферромагнитное состояние слоистого органического проводника κ-(BETS)₂FeBr₄ не проявляет спиновой модуляции осцилляций Шубникова-де Гааза, в отличие от парамагнитного состояния того же материала. Это свидетельствует о вырождении уровней Ландау по спину, предсказанное для антиферромагнитных проводников. Аналогично, мы не находим спиновой модуляции в угловой зависимости медленных осцилляций Шубникова-де Гааза в оптимально легированном электронами купрате Nd_2−xCe_xCuO₄. Это указывает на наличие неелевского порядка в этом сверхпроводнике даже при оптимальном легировании.

Рассчитана электронная восприимчивость трителлуридов редкоземельных металлов RTe₃ как функция температуры, волнового вектора и параметров электронной дисперсии. Сопоставление полученных результатов с имеющимися экспериментальными данными по температуре перехода и волновому вектору волны зарядовой плотности в этих соединениях позволило сделать прогнозы об эволюции параметров электронной дисперсии с изменением атомного числа редкоземельных металлов (R). Наши измерения коэффициента Холла в соединениях RTe₃ показывают сильный гистерезис между охлаждением и нагреванием в низкотемпературном диапазоне, где возникает вторая волна зарядовой плотности (ВЗП). Мы предполагаем, что этот эффект может быть результатом взаимодействия между двумя нестабильностями: пересечением двух электронных зон на уровне Ферми, образованных p_x и p_y-орбиталями Te и ВЗП, которые имеют близкую энергию и конкурируют. Расчет электронной восприимчивости на волновом векторе ВЗП с и без антикроссинга электронного спектра дает удовлетворительную оценку температурного диапазона гистерезиса при измерениях эффекта Холла.
[1] P.A. Vorobyev, P.D. Grigoriev, K.K. Kesharpu and V.V. Khovaylo, Materials 12, 2264 (2019).
[2] P.D. Grigoriev, A.A. Sinchenko, P.A. Vorobyev, A. Hadj-Azzem, P. Lejay, A. Bosak, P. Monceau, Phys. Rev. B 100, 081109(R) (2019).