Time-resolved transient grating (TG) spectroscopy facilitates detailed studies of electron dynamics and transport phenomena by means of a periodic excitation of matter with coherent ultrashort light pulses. Several current and next generation free-electron laser (FEL) facilities provide fully coherent pulses with few femtosecond pulse durations and extreme ultraviolet (XUV) photon energies. Thus, they allow for transient grating experiments with periodicities as small as tens of nanometers and with element specific photon energies. Here, we demonstrate the element specificity of XUV TG (X-TG) experiments by tuning the photon energy across the Si L2,3-edge of Si3N4. We observe a shortening of the signal decay when increasing the XUV photon energy above the absorption edge. The analysis of the wavelength dependent signal shows that the faster decay is driven by the increase in the charge carrier density. From the decay constants the interband Auger coefficient at elevated temperatures and high electron densities has been determined.
References
1.
S.
Mukamel
, D.
Healion
, Y.
Zhang
, and J. D.
Biggs
, Annu. Rev. Phys. Chem.
64
, 101
(2013
).2.
S.
Shwartz
, R. N.
Coffee
, J. M.
Feldkamp
, Y.
Feng
, J. B.
Hastings
, G. Y.
Yin
, and S. E.
Harris
, Phys. Rev. Lett.
109
, 013602
(2012
).3.
S.
Shwartz
, M.
Fuchs
, J. B.
Hastings
, Y.
Inubushi
, T.
Ishikawa
, T.
Katayama
, D. A.
Reis
, T.
Sato
, K.
Tono
, M.
Yabashi
, S.
Yudovich
, and S. E.
Harris
, Phys. Rev. Lett.
112
, 163901
(2014
).4.
R. K.
Lam
, S. L.
Raj
, T. A.
Pascal
, C. D.
Pemmaraju
, L.
Foglia
, A.
Simoncig
, N.
Fabris
, P.
Miotti
, C. J.
Hull
, A. M.
Rizzuto
, J. W.
Smith
, R.
Mincigrucci
, C.
Masciovecchio
, A.
Gessini
, E.
Allaria
, G.
De Ninno
, B.
Diviacco
, E.
Roussel
, S.
Spampinati
, G.
Penco
, S.
Di Mitri
, M.
Trovò
, M.
Danailov
, S. T.
Christensen
, D.
Sokaras
, T.-C.
Weng
, M.
Coreno
, L.
Poletto
, W. S.
Drisdell
, D.
Prendergast
, L.
Giannessi
, E.
Principi
, D.
Nordlund
, R. J.
Saykally
, and C. P.
Schwartz
, Phys. Rev. Lett.
120
, 023901
(2018
).5.
T. E.
Glover
, D. M.
Fritz
, M.
Cammarata
, T. K.
Allison
, S.
Coh
, J. M.
Feldkamp
, H.
Lemke
, D.
Zhu
, Y.
Feng
, R. N.
Coffee
, M.
Fuchs
, S.
Ghimire
, J.
Chen
, S.
Shwartz
, D. A.
Reis
, S. E.
Harris
, and J. B.
Hastings
, Nature
488
, 603
(2012
).6.
M.
Beye
, S.
Schreck
, F.
Sorgenfrei
, C.
Trabant
, N.
Pontius
, C.
Schüßler-Langeheine
, W.
Wurth
, and A.
Föhlisch
, Nature
501
, 191
(2013
).7.
M.
Fuchs
, M.
Trigo
, J.
Chen
, S.
Ghimire
, S.
Shwartz
, M.
Kozina
, M.
Jiang
, T.
Henighan
, C.
Bray
, G.
Ndabashimiye
, P. H.
Bucksbaum
, Y.
Feng
, S.
Herrmann
, G. A.
Carini
, J.
Pines
, P.
Hart
, C.
Kenney
, S.
Guillet
, S.
Boutet
, G. J.
Williams
, M.
Messerschmidt
, M. M.
Seibert
, S.
Moeller
, J. B.
Hastings
, and D. A.
Reis
, Nat. Phys.
11
, 964
–970
(2015
).8.
J.
Szlachetko
, J.
Hoszowska
, J.-C.
Dousse
, M.
Nachtegaal
, W.
Bachucki
, Y.
Kayser
, J.
Sá
, M.
Messerschmidt
, S.
Boutet
, G. J.
Williams
, C.
David
, G.
Smolentsev
, J. A.
van Bokhoven
, B. D.
Patterson
, T. J.
Penfold
, G.
Knopp
, M.
Pajek
, R.
Abela
, and C. J.
Milne
, Sci. Rep.
6
, 33292
(2016
).9.
K.
Tamasaku
, E.
Shigemasa
, Y.
Inubushi
, T.
Katayama
, K.
Sawada
, H.
Yumoto
, H.
Ohashi
, H.
Mimura
, M.
Yabashi
, K.
Yamauchi
, and T.
Ishikawa
, Nat. Photonics
8
, 313
–316
(2014
).10.
T.
Mazza
, A.
Karamatskou
, M.
Ilchen
, S.
Bakhtiarzadeh
, A. J.
Rafipoor
, P.
O'Keeffe
, T. J.
Kelly
, N.
Walsh
, J. T.
Costello
, M.
Meyer
, and R.
Santra
, Nat. Commun.
6
, 6799
(2015
).11.
T.
Sekikawa
, A.
Kosuge
, T.
Kanai
, and S.
Watanabe
, Nature
432
, 605
–608
(2004
).12.
S. K.
Cushing
, M.
Zürch
, P. M.
Kraus
, L. M.
Carneiro
, A.
Lee
, H.-T.
Chang
, C. J.
Kaplan
, and S. R.
Leone
, Struct. Dyn.
5
, 054302
(2018
).13.
M.
Schultze
, K.
Ramasesha
, C.
Pemmaraju
, S.
Sato
, D.
Whitmore
, A.
Gandman
, J. S.
Prell
, L. J.
Borja
, D.
Prendergast
, K.
Yabana
, D. M.
Neumark
, and S. R.
Leone
, Science
346
, 1348
(2014
).14.
M.
Zürch
, H.-T.
Chang
, P. M.
Kraus
, S. K.
Cushing
, L. J.
Borja
, A.
Gandman
, C. J.
Kaplan
, M. H.
Oh
, J. S.
Prell
, D.
Prendergast
, C. D.
Pemmaraju
, D. M.
Neumark
, and S. R.
Leone
, Struct. Dyn.
4
, 044029
(2017
).15.
F.
Bencivenga
, A.
Calvi
, F.
Capotondi
, R.
Cucini
, R.
Mincigrucci
, A.
Simoncig
, M.
Manfredda
, E.
Pedersoli
, E.
Principi
, F.
Dallari
, R. A.
Duncan
, M. G.
Izzo
, G.
Knopp
, A. A.
Maznev
, G.
Monaco
, S.
Di Mitri
, A.
Gessini
, L.
Giannessi
, N.
Mahne
, I. P.
Nikolov
, R.
Passuello
, L.
Raimondi
, M.
Zangrando
, and C.
Masciovecchio
, Faraday Discuss.
194
, 283
(2016
).16.
F.
Bencivenga
, R.
Cucini
, F.
Capotondi
, A.
Battistoni
, R.
Mincigrucci
, E.
Giangrisostomi
, A.
Gessini
, M.
Manfredda
, I. P.
Nikolov
, E.
Pedersoli
, E.
Principi
, C.
Svetina
, P.
Parisse
, F.
Casolari
, M. B.
Danailov
, M.
Kiskinova
, and C.
Masciovecchio
, Nature
520
, 205
–208
(2015
).17.
L.
Foglia
, F.
Capotondi
, R.
Mincigrucci
, D.
Naumenko
, E.
Pedersoli
, A.
Simoncig
, G.
Kurdi
, A.
Calvi
, M.
Manfredda
, L.
Raimondi
, N.
Mahne
, M.
Zangrando
, C.
Masciovecchio
, and F.
Bencivenga
, Phys. Rev. Lett.
120
, 263901
(2018
).18.
J.
Janusonis
, T.
Jansma
, C. L.
Chang
, Q.
Liu
, A.
Gatilova
, A. M.
Lomonosov
, V.
Shalagatski
, T.
Pezeril
, V.
Temnov
, and R. I.
Tobey
, Nat. Sci. Rep.
6
, 29143
(2016
).19.
A. A.
Maznev
, F.
Bencivenga
, A.
Cannizzo
, F.
Capotondi
, R.
Cucini
, R. A.
Duncan
, T.
Feurer
, T. D.
Frazer
, L.
Foglia
, H.-M.
Frey
, H.
Kapteyn
, J.
Knobloch
, G.
Knopp
, C.
Masciovecchio
, R.
Mincigrucci
, G.
Monaco
, M.
Murnane
, I.
Nikolov
, E.
Pedersoli
, A.
Simoncig
, A.
Vega-Flick
, and K. A.
Nelson
, Appl. Phys. Lett.
113
, 221905
(2018
).20.
J.
Campbell
and T.
Papp
, At. Data Nucl. Data Tables
77
, 1
(2001
).21.
A.
Othonos
, J. Appl. Phys.
83
, 1789
(1998
).22.
J. R.
Goldman
and J. A.
Prybyla
, Phys. Rev. Lett.
72
, 1364
(1994
).23.
E.
Baldini
, T.
Palmieri
, E.
Pomarico
, G.
Auböck
, and M.
Chergui
, ACS Photonics
5
, 1241
(2018
).24.
N.
Medvedev
and B.
Rethfeld
, New J. Phys.
12
, 073037
(2010
).25.
J. B.
Sambur
, T.
Novet
, and B. A.
Parkinson
, Science
330
, 63
(2010
).26.
A.
Rämer
, O.
Osmani
, and B.
Rethfeld
, J. Appl. Phys.
116
, 053508
(2014
).27.
H. M.
van Driel
, Phys. Rev. B
35
, 8166
(1987
).28.
S.
Boubanga-Tombet
, J. B.
Wright
, P.
Lu
, M. R. C.
Williams
, C.
Li
, G. T.
Wang
, and R. P.
Prasankumar
, ACS Photonics
3
, 2237
(2016
).29.
R.
Vaxenburg
, A.
Rodina
, A.
Shabaev
, E.
Lifshitz
, and A. L.
Efros
, Nano Lett.
15
, 2092
(2015
).30.
A.
Haug
, J. Phys. C: Solid State Phys.
16
, 4159
(1983
).31.
E.
Allaria
, D.
Castronovo
, P.
Cinquegrana
, P.
Craievich
, M.
Dal Forno
, M. B.
Danailov
, G.
D'Auria
, A.
Demidovich
, G.
De Ninno
, S.
Di Mitri
, B.
Diviacco
, W. M.
Fawley
, M.
Ferianis
, E.
Ferrari
, L.
Froehlich
, G.
Gaio
, D.
Gauthier
, L.
Giannessi
, R.
Ivanov
, B.
Mahieu
, N.
Mahne
, I.
Nikolov
, F.
Parmigiani
, G.
Penco
, L.
Raimondi
, C.
Scafuri
, C.
Serpico
, P.
Sigalotti
, S.
Spampinati
, C.
Spezzani
, M.
Svandrlik
, C.
Svetina
, M.
Trovo
, M.
Veronese
, D.
Zangrando
, and M.
Zangrando
, Nat. Photonics
7
, 913
(2013
).32.
J.
Dziewior
and W.
Schmid
, Appl. Phys. Lett.
31
, 346
(1977
).33.
J.
Beck
and R.
Conradt
, Solid State Commun.
13
, 93
(1973
).34.
E.
Kioupakis
, D.
Steiauf
, P.
Rinke
, K. T.
Delaney
, and C. G.
Van de Walle
, Phys. Rev. B
92
, 035207
(2015
).35.
D. G.
McLean
, M. G.
Roe
, A. I.
D'Souza
, and P. E.
Wigen
, Appl. Phys. Lett.
48
, 992
(1986
).36.
K. L.
Vodopyanov
, H.
Graener
, C. C.
Phillips
, and T. J.
Tate
, Phys. Rev. B
46
, 13194
(1992
).© 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.
