Është bërë përparim në studimin e lëvizjes ultra të shpejtë të kuazigrimcave të Weil-it të kontrolluara ngalazer
Vitet e fundit, hulumtimi teorik dhe eksperimental mbi gjendjet kuantike topologjike dhe materialet kuantike topologjike është bërë një temë e nxehtë në fushën e fizikës së lëndës së kondensuar. Si një koncept i ri i klasifikimit të materies, rendi topologjik, si simetria, është një koncept themelor në fizikën e lëndës së kondensuar. Një kuptim i thellë i topologjisë lidhet me problemet themelore në fizikën e lëndës së kondensuar, siç është struktura bazë elektronike efazat kuantike, kalimet fazore kuantike dhe ngacmimi i shumë elementeve të imobilizuar në fazat kuantike. Në materialet topologjike, bashkimi midis shumë shkallëve të lirisë, si elektronet, fononet dhe spin-i, luan një rol vendimtar në kuptimin dhe rregullimin e vetive të materialit. Ngacmimi i dritës mund të përdoret për të bërë dallimin midis ndërveprimeve të ndryshme dhe për të manipuluar gjendjen e materies, dhe më pas mund të merret informacion rreth vetive fizike themelore të materialit, tranzicionit të fazës strukturore dhe gjendjeve të reja kuantike. Aktualisht, marrëdhënia midis sjelljes makroskopike të materialeve topologjike të drejtuara nga fusha e dritës dhe strukturës së tyre mikroskopike atomike dhe vetive elektronike është bërë një qëllim kërkimor.
Sjellja e reagimit fotoelektrik të materialeve topologjike është e lidhur ngushtë me strukturën e saj elektronike mikroskopike. Për gjysmëmetalet topologjike, ngacmimi i bartësit pranë kryqëzimit të brezit është shumë i ndjeshëm ndaj karakteristikave të funksionit valor të sistemit. Studimi i fenomeneve optike jolineare në gjysmëmetalet topologjike mund të na ndihmojë të kuptojmë më mirë vetitë fizike të gjendjeve të ngacmuara të sistemit dhe pritet që këto efekte të mund të përdoren në prodhimin epajisje optikedhe projektimin e qelizave diellore, duke ofruar aplikime të mundshme praktike në të ardhmen. Për shembull, në një gjysmë metal Weyl, thithja e një fotoni të dritës së polarizuar rrethore do të shkaktojë rrotullimin e rrotullimit dhe për të përmbushur ruajtjen e momentit këndor, ngacmimi i elektronit në të dy anët e konit Weyl do të shpërndahet në mënyrë asimetrike përgjatë drejtimi i përhapjes së dritës së polarizuar rrethore, i cili quhet rregulli i përzgjedhjes kirale (Figura 1).
Studimi teorik i dukurive optike jolineare të materialeve topologjike zakonisht përdor metodën e kombinimit të llogaritjes së vetive të gjendjes bazë të materialit dhe analizës së simetrisë. Megjithatë, kjo metodë ka disa defekte: i mungon informacioni dinamik në kohë reale i transportuesve të ngacmuar në hapësirën e momentit dhe hapësirën reale, dhe nuk mund të krijojë një krahasim të drejtpërdrejtë me metodën e zbulimit eksperimental të zgjidhur në kohë. Nuk mund të merret parasysh bashkimi ndërmjet elektron-fononeve dhe foton-fononeve. Dhe kjo është thelbësore që të ndodhin tranzicione të caktuara fazore. Përveç kësaj, kjo analizë teorike e bazuar në teorinë e shqetësimeve nuk mund të merret me proceset fizike nën një fushë të fortë drite. Simulimi i dinamikës molekulare funksionale të densitetit të varur nga koha (TDDFT-MD) i bazuar në parimet e para mund të zgjidhë problemet e mësipërme.
Kohët e fundit, nën drejtimin e studiuesit Meng Sheng, studiuesit postdoktoral Guan Mengxue dhe studentit të doktoraturës Wang En të Grupit SF10 të Laboratorit Shtetëror Çelës të Fizikës Sipërfaqësore të Institutit të Fizikës së Akademisë Kineze të Shkencave/Qendrës Kombëtare Kërkimore të Pekinit për Materien e Përqendruar Fizika, në bashkëpunim me profesorin Sun Jiatao të Institutit të Teknologjisë së Pekinit, ata përdorën softuerin TDAP për simulimin e dinamikës së gjendjes së emocionuar të zhvilluar vetë. Janë hulumtuar karakteristikat e reagimit të ngacmimit të kuastigrimcave ndaj lazerit ultra të shpejtë në llojin e dytë të Weyl gjysmëmetal WTe2.
Është treguar se ngacmimi selektiv i bartësve pranë pikës Weyl përcaktohet nga simetria atomike orbitale dhe rregulli i përzgjedhjes së tranzicionit, i cili është i ndryshëm nga rregulli i zakonshëm i përzgjedhjes së rrotullimit për ngacmimin kiral, dhe rruga e tij e ngacmimit mund të kontrollohet duke ndryshuar drejtimin e polarizimit. e dritës së polarizuar në mënyrë lineare dhe energjisë së fotonit (Fig. 2).
Ngacmimi asimetrik i bartësve nxit fotorryma në drejtime të ndryshme në hapësirën reale, gjë që ndikon në drejtimin dhe simetrinë e rrëshqitjes së ndërshtresës së sistemit. Meqenëse vetitë topologjike të WTe2, të tilla si numri i pikave Weyl dhe shkalla e ndarjes në hapësirën e momentit, varen shumë nga simetria e sistemit (Figura 3), ngacmimi asimetrik i bartësve do të sjellë sjellje të ndryshme të Weyl. kuastigrimcat në hapësirën e momentit dhe ndryshimet përkatëse në vetitë topologjike të sistemit. Kështu, studimi ofron një diagram të qartë fazor për tranzicionet fazore fototopologjike (Figura 4).
Rezultatet tregojnë se duhet t'i kushtohet vëmendje kiralitetit të ngacmimit të bartësit pranë pikës Weyl dhe duhet të analizohen vetitë orbitale atomike të funksionit të valës. Efektet e të dyjave janë të ngjashme, por mekanizmi është padyshim i ndryshëm, gjë që ofron një bazë teorike për të shpjeguar singularitetin e pikave Weyl. Përveç kësaj, metoda llogaritëse e miratuar në këtë studim mund të kuptojë thellësisht ndërveprimet komplekse dhe sjelljet dinamike në nivelet atomike dhe elektronike në një shkallë kohe super të shpejtë, të zbulojë mekanizmat e tyre mikrofizikë dhe pritet të jetë një mjet i fuqishëm për kërkimet e ardhshme mbi dukuritë optike jolineare në materialet topologjike.
Rezultatet janë në revistën Nature Communications. Puna kërkimore mbështetet nga Plani Kombëtar i Kërkimit dhe Zhvillimit kryesor, Fondacioni Kombëtar i Shkencave Natyrore dhe Projekti Pilot Strategjik (Kategoria B) i Akademisë Kineze të Shkencave.
FIG.1.a. Rregulli i përzgjedhjes së kiralitetit për pikat Weyl me shenjë pozitive kiraliteti (χ=+1) nën dritën e polarizuar rrethore; Ngacmimi selektiv për shkak të simetrisë atomike orbitale në pikën Weyl të b. χ=+1 në dritën e polarizuar on-line
FIG. 2. Diagrami i strukturës atomike të a, Td-WTe2; b. Struktura e brezit pranë sipërfaqes së Fermit; (c) Struktura e brezit dhe kontributet relative të orbitaleve atomike të shpërndara përgjatë vijave të larta simetrike në rajonin e Brillouin, shigjetat (1) dhe (2) përfaqësojnë përkatësisht ngacmimin afër ose larg pikave Weyl; d. Amplifikimi i strukturës së brezit përgjatë drejtimit Gamma-X
FIG.3.ab: Lëvizja relative ndërshtresore e drejtimit të polarizimit të dritës të polarizuar në mënyrë lineare përgjatë boshtit A dhe boshtit B të kristalit, dhe mënyra përkatëse e lëvizjes është ilustruar; C. Krahasimi ndërmjet simulimit teorik dhe vëzhgimit eksperimental; de: Evolucioni i simetrisë së sistemit dhe pozicioni, numri dhe shkalla e ndarjes së dy pikave Weyl më të afërta në rrafshin kz=0.
FIG. 4. Tranzicioni i fazës fototopologjike në Td-WTe2 për energjinë e fotonit të dritës të polarizuar në mënyrë lineare (?) ω) dhe diagramin fazor të varur nga drejtimi i polarizimit (θ)
Koha e postimit: 25 shtator 2023