Extended ptychographic iterative engine applied to exciton dynamics reconstruction

Attosecond pulse generation has recently disclosed the possibility of investigating electron dynamics in matter with unprecedented time - resolution. Attosecond transient reflectivity spectroscopy has allowed for a deeper comprehension of the physical phenomena underlying these ultrafast dynamics, paving the way for the development of future technological applications. In this context, exciton dynamics are physical processes of particular interest. Excitons are quasiparticles formed by the Coulomb interaction between an excited electron and a hole and their presence dominates the electric and optical properties of many semiconductors and dielectrics of technological interest. Excitonics consists in the manipulation of these quasiparticles and is expected to have a crucial role for various applications. The goal of this work is to develop an algorithm to extract core - exciton dynamics from an attosecond transient reflectivity trace, including phase information. The algorithm is an opportunely modified version of the extended ptychographic iterative engine (ePIE). We describe the changes that were applied to ePIE to adapt it to the new physical context and the reconstructions produced by the algorithm. We also perform a robustness analysis and discuss the hypotheses and limitations underlying the algorithm, suggesting possible ways in which they could be relaxed.

La generazione di impulsi ad attosecondi ha reso possibile lo studio di dinamiche elettroniche nella materia su scale temporali ineguagliate. Gli esperimenti di riflettività transiente hanno portato ad una maggiore comprensione dei fenomeni fisici che governano queste dinamiche ultraveloci, gettando le fondamenta per lo sviluppo delle applicazioni tecnologiche del futuro. In questo contesto, le dinamiche eccitoniche sono un processo fisico di particolare interesse. Gli eccitoni sono quasiparticelle formate dall’interazione coulombiana tra un elettrone eccitato ed una lacuna, e caratterizzano le proprietà ottiche ed elettroniche di molti materiali di grande interesse tecnologico. Questo lavoro ha come obiettivo lo sviluppo di un algoritmo per estrarre le dinamiche eccitoniche di core da una traccia in riflettività transiente agli attosecondi, ricostruendo anche le informazioni relative alla fase. L’algoritmo è una versione opportunamente modificata di ePIE (extended ptychographic iterative engine). Si discuterà in dettaglio le modifiche apportate all’algoritmo per adattarlo al nuovo contesto fisico, le ricostruzioni ottenute e le assunzioni adottate, suggerendo possibili estensioni future dell’applicabilità del metodo ricostruttivo.