Attosecond transient reflectivity spectroscopy for the study of electron dynamics in diamond

Thanks to the brilliant results obtained in the previous years, attoscience has shown its potential in unveiling electronic dynamics in matter with unprecedented time resolution. Transient absorption spectroscopy is now a well-established technique, however, it presents some major limitations for the investigation of condensed matter, that can be overcome by studying transient reflectance. In this work, I will present and discuss transient reflectivity measurements on a prototype insulator that is the monocrystalline diamond, starting from a theoretical characterization of the reflectivity and transmission of a pulse at a plane interface without plane-wave approximation, up to the description of the experiment itself and some preliminary considerations on the results obtained, passing through the definitions of the key parameters for a transient reflectivity experiment, i.e. the angle of incidence and the complex refractive index of the sample. Special consideration is reserved also to the description of the setup and the characterization of the polarization state of the IR pulse involved in the experiments.

Grazie ai brillanti risultati ottenuti negli scorsi anni, la scienza degli attosecondi ha mostrato tutto il suo potenziale nel rendere osservabili dinamiche elettroniche in atomi, molecole e solidi con una risoluzione temporale senza precedenti. La spettroscopia in assorbimento transiente è ormai una tecnica consolidata, tuttavia, presenta alcune grandi limitazioni nello studio dei solidi, che possono essere superate studiando la riflettività transiente. In questo lavoro, presenterò e discuterò alcune misure di riflettività transiente in un isolante modello, ovvero il diamante monocristallino, iniziando da una descrizione teorica della riflessione e trasmissione di un impulso su un'interfaccia piana senza approssimazione di onda piana, fino alla descrizione dell'esperimento in sé e alcune considerazioni preliminari sui risultati ottenuti, passando per la definizione dei parametri chiave in un esperimento di riflettività transiente, ovvero l'angolo di incidenza e l'indice di rifrazione complesso del campione. Particolare attenzione è riservata anche alla descrizione del setup e alla caratterizzazione della polarizzazione dell'impulso IR usato negli esperimenti.