There is growing interest in displacing atom in materials by photoexcitations. Several researches, the transition from graphite to diamond also can be induced opitically, are reported. I introduce the letter in which the authors report the first direct determination of structural change induced in graphite by a femtosecond laser pulse.
In the letter, they reseached from the points of view of both experiments and calculations. At moderate fluences of < 21 mJ/cm2, lattice vibration are observed to thermalize on a time scale of ∼8 ps. At higher fluence approaching the damage threshold, lattice vibration amplitudes saturate. Following an initial contraction, graphite is driven nonthermally into a transient state with sp3-like character. Using ab initio density functional calculations, they trace the governing mechanism back to electronic structure changes following the photoexcitation. They conclude that modified force field in the excited state and the Coulomb stress are the main forces driving this structural change.
光励起による物質の原子の移動への関心が広がっている。グラファイトからダイヤモンドへの転移を光学的に誘起させることができる、という調査がいくつか報告されている。私は今回、フェムト秒レーザによるグファイトの構造変化を直接決定した、という最初の論文を紹介する。
この論文で、著者らは実験と計算の両方の観点からこの構造変化を研究した。レーザの流測量が緩いとき（21mJ/cm2）、グラファイトの格子振動は8ピコ秒のタイムスケールで熱平衡になることが観測された。損傷閾値に近い、強いレーザを当てたとき、格子振動は緩和した。グラファイトは初めに収縮した後、sp3のような性質をもった中間状態に非熱的に転移する。第一原理密度汎関数計算を使って、光励起後の電子の構造変化までさかのぼって、この転移の仕組みをたどった。著者らは、励起状態になったことによって変更された力と、クーロン応力がこの構造変化の主な力である、と結論付けた。