The dynamics of thermal and non-thermal lattice deformation of a nanometer thick polycrystalline aluminum film has been studied by means of femtosecond (fs) time-resolved electron diffraction. We utilized two different pump wavelengths: 800 nm, the fundamental of a Ti:sapphire laser, and 1250 nm generated by a home-made optical parametric amplifier. Our data show that although coherent phonons were generated under both conditions, the diffraction intensity decayed with the characteristic times of 0.9 ± 0.3 ps and 1.7 ± 0.3 ps under 800 nm and 1250 nm excitations, respectively. Because the 800 nm laser excitation corresponds to the strong interband transition of aluminum due to the 1.55 eV parallel band structure, our experimental data indicate the presence of non-thermal lattice deformation under 800 nm excitation, which occurs on a time-scale that is shorter than the thermal processes dominated by electron-phonon coupling under 1250 nm excitation.

1.
C.
Guo
and
A. J.
Taylor
,
Phys. Rev. B
62
(
18
),
R11921
(
2000
).
2.
H.
Katsuki
,
J. C.
Delagnes
,
K.
Hosaka
,
K.
Ishioka
,
H.
Chiba
,
E. S.
Zijlstra
,
M. E.
Garcia
,
H.
Takahashi
,
K.
Watanabe
,
M.
Kitajima
,
Y.
Matsumoto
,
K. G.
Nakamura
, and
K.
Ohmori
,
Nat. Commun.
4
,
2801
(
2013
).
3.
J. R.
Helliwell
and
P. M.
Rentzepis
,
Time-Resolved Diffraction
(
Oxford University Press
,
1997
).
4.
C.
Rose-Petruck
,
R.
Jimenez
,
T.
Guo
,
A.
Cavalleri
,
C. W.
Siders
,
F.
Rksi
,
J. A.
Squier
,
B. C.
Walker
,
K. R.
Wilson
, and
C. P. J.
Barty
,
Nature
398
(
6725
),
310
312
(
1999
).
5.
V.
Esposito
,
M.
Fechner
,
R.
Mankowsky
,
H.
Lemke
,
M.
Chollet
,
J. M.
Glownia
,
M.
Nakamura
,
M.
Kawasaki
,
Y.
Tokura
,
U.
Staub
,
P.
Beaud
, and
M.
Först
,
Phys. Rev. Lett.
118
(
24
),
247601
(
2017
).
6.
A.
Rousse
,
C.
Rischel
, and
J.-C.
Gauthier
,
Rev. Mod. Phys.
73
(
1
),
17
31
(
2001
).
7.
W.
Liang
,
G. M.
Vanacore
, and
A. H.
Zewail
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
111
(
15
),
5491
5496
(
2014
).
8.
B. J.
Siwick
,
J. R.
Dwyer
,
R. E.
Jordan
, and
R. J. D.
Miller
,
Science
302
(
5649
),
1382
1385
(
2003
).
9.
T.
Guo
,
Laser Photonics Rev.
3
(
6
),
591
622
(
2009
).
10.
J.
Yang
,
M.
Guehr
,
T.
Vecchione
,
M. S.
Robinson
,
R.
Li
,
N.
Hartmann
,
X.
Shen
,
R.
Coffee
,
J.
Corbett
, and
A.
Fry
,
Nat. Commun.
7
,
11232
(
2016
).
11.
H. E.
Elsayed‐Ali
and
J. W.
Herman
,
Rev. Sci. Instrum.
61
(
6
),
1636
1647
(
1990
).
12.
H.
Zhang
,
C.
Li
,
E.
Bevillon
,
G.
Cheng
,
J. P.
Colombier
, and
R.
Stoian
,
Phys. Rev. B
94
(
22
),
224103
(
2016
).
13.
J.
Chen
,
W.-K.
Chen
,
J.
Tang
, and
P. M.
Rentzepis
,
Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A.
108
(
47
),
18887
18892
(
2011
).
14.
A. O.
Er
,
J.
Chen
,
J.
Tang
, and
P. M.
Rentzepis
,
Appl. Phys. Lett.
100
(
15
),
151910
(
2012
).
15.
R.
Li
,
O. A.
Ashour
,
J.
Chen
,
H. E.
Elsayed-Ali
, and
P. M.
Rentzepis
,
J. Appl. Phys.
121
(
5
),
055102
(
2017
).
16.
D. M.
Fritz
,
D. A.
Reis
,
B.
Adams
,
R. A.
Akre
,
J.
Arthur
,
C.
Blome
,
P. H.
Bucksbaum
,
A. L.
Cavalieri
,
S.
Engemann
,
S.
Fahy
,
R. W.
Falcone
,
P. H.
Fuoss
,
K. J.
Gaffney
,
M. J.
George
,
J.
Hajdu
,
M. P.
Hertlein
,
P. B.
Hillyard
,
M.
Horn-von Hoegen
,
M.
Kammler
,
J.
Kaspar
,
R.
Kienberger
,
P.
Krejcik
,
S. H.
Lee
,
A. M.
Lindenberg
,
B.
McFarland
,
D.
Meyer
,
T.
Montagne
,
É. D.
Murray
,
A. J.
Nelson
,
M.
Nicoul
,
R.
Pahl
,
J.
Rudati
,
H.
Schlarb
,
D. P.
Siddons
,
K.
Sokolowski-Tinten
,
T.
Tschentscher
,
D.
von der Linde
, and
J. B.
Hastings
,
Science
315
(
5812
),
633
636
(
2007
).
17.
C.
Guo
,
G.
Rodriguez
,
A.
Lobad
, and
A. J.
Taylor
,
Phys. Rev. Lett.
84
(
19
),
4493
4496
(
2000
).
18.
C. W.
Siders
,
A.
Cavalleri
,
K.
Sokolowski-Tinten
,
C.
Tóth
,
T.
Guo
,
M.
Kammler
,
M. H. v.
Hoegen
,
K. R.
Wilson
,
D. v. d.
Linde
, and
C. P. J.
Barty
,
Science
286
(
5443
),
1340
1342
(
1999
).
19.
M.
Kandyla
,
T.
Shih
, and
E.
Mazur
,
Phys. Rev. B
75
(
21
),
214107
(
2007
).
20.
S.
Williamson
,
G.
Mourou
, and
J. C. M.
Li
,
Phys. Rev. Lett.
52
(
26
),
2364
2367
(
1984
).
21.
P.
Zhu
,
J.
Chen
,
R.
Li
,
L.
Chen
,
J.
Cao
,
Z.
Sheng
, and
J.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
103
(
23
),
231914
(
2013
).
22.
R.-Z.
Li
,
P.
Zhu
,
L.
Chen
,
J.
Chen
,
J.
Cao
,
Z.-M.
Sheng
, and
J.
Zhang
,
J. Appl. Phys.
115
(
18
),
183507
(
2014
).
23.
G.
Cerullo
and
S.
De Silvestri
,
Rev. Sci. Instrum.
74
(
1
),
1
18
(
2003
).
24.
V. V.
Yakovlev
,
B.
Kohler
, and
K. R.
Wilson
,
Opt. Lett.
19
(
23
),
2000
2002
(
1994
).
25.
T. S.
Sosnowski
,
P. B.
Stephens
, and
T. B.
Norris
,
Opt. Lett.
21
(
2
),
140
142
(
1996
).
26.
K. C.
Lee
,
C. S.
Chan
, and
N. H.
Cheung
,
J. Appl. Phys.
79
(
8
),
3900
3905
(
1996
).
27.
J.
Bonse
,
S.
Baudach
,
W.
Kautek
,
E.
Welsch
, and
J.
Krüger
,
Thin Solid Films
408
(
1–2
),
297
301
(
2002
).
28.
M.
Nisoli
,
S.
De Silvestri
,
A.
Cavalleri
,
A. M.
Malvezzi
,
A.
Stella
,
G.
Lanzani
,
P.
Cheyssac
, and
R.
Kofman
,
Phys. Rev. B
55
(
20
),
R13424
(
1997
).
29.
A. M.
Lindenberg
,
I.
Kang
,
S. L.
Johnson
,
T.
Missalla
,
P. A.
Heimann
,
Z.
Chang
,
J.
Larsson
,
P. H.
Bucksbaum
,
H. C.
Kapteyn
,
H. A.
Padmore
,
R. W.
Lee
,
J. S.
Wark
, and
R. W.
Falcone
,
Phys. Rev. Lett.
84
(
1
),
111
114
(
2000
).
30.
H.
Park
,
X.
Wang
,
S.
Nie
,
R.
Clinite
, and
J.
Cao
,
Phys. Rev. B
72
(
10
),
100301
(
2005
).
31.
J.
Chen
,
W.-K.
Chen
, and
P. M.
Rentzepis
,
J. Appl. Phys.
109
(
11
),
113522
(
2011
).
32.
S.
Nie
,
X.
Wang
,
H.
Park
,
R.
Clinite
, and
J.
Cao
,
Phys. Rev. Lett.
96
(
2
),
025901
(
2006
).
33.
L.
Waldecker
,
R.
Bertoni
,
R.
Ernstorfer
, and
J.
Vorberger
,
Phys. Rev. X
6
(
2
),
021003
(
2016
).
34.
H. E.
Bennett
,
M.
Silver
, and
E. J.
Ashley
,
J. Opt. Soc. Am.
53
(
9
),
1089
1095
(
1963
).
35.
W. A.
Harrison
,
Phys. Rev.
147
(
2
),
467
469
(
1966
).
36.
N. W.
Ashcroft
and
K.
Sturm
,
Phys. Rev. B
3
(
6
),
1898
1910
(
1971
).
37.
J. P.
Callan
,
A. M. T.
Kim
,
C. A. D.
Roeser
,
E.
Mazur
,
J.
Solis
,
J.
Siegel
,
C. N.
Afonso
, and
J. C. G.
de Sande
,
Phys. Rev. Lett.
86
(
16
),
3650
3653
(
2001
).
38.
E. S.
Zijlstra
,
A.
Kalitsov
,
T.
Zier
, and
M. E.
Garcia
,
Phys. Rev. X
3
(
1
),
011005
(
2013
).
You do not currently have access to this content.