Është bërë përparim në studimin e lëvizjes ultra të shpejtë të kuazipjesëzave të Weilit të kontrolluara nga lazerët.

Është bërë përparim në studimin e lëvizjes ultra të shpejtë të kuazipjesëzave të Weilit të kontrolluara ngalazerët

Në vitet e fundit, kërkimet teorike dhe eksperimentale mbi gjendjet kuantike topologjike dhe materialet kuantike topologjike janë bërë një temë e nxehtë në fushën e fizikës së materies së kondensuar. Si një koncept i ri i klasifikimit të materies, rendi topologjik, ashtu si simetria, është një koncept themelor në fizikën e materies së kondensuar. Një kuptim i thellë i topologjisë lidhet me problemet themelore në fizikën e materies së kondensuar, siç është struktura elektronike bazë efazat kuantike, tranzicionet fazore kuantike dhe ngacmimi i shumë elementëve të imobilizuar në fazat kuantike. Në materialet topologjike, çiftëzimi midis shumë shkallëve të lirisë, siç janë elektronet, fononet dhe spini, luan një rol vendimtar në kuptimin dhe rregullimin e vetive të materialeve. Ngacmimi i dritës mund të përdoret për të dalluar midis ndërveprimeve të ndryshme dhe për të manipuluar gjendjen e materies, dhe më pas mund të merret informacion rreth vetive fizike themelore të materialit, tranzicioneve fazore strukturore dhe gjendjeve të reja kuantike. Aktualisht, marrëdhënia midis sjelljes makroskopike të materialeve topologjike të drejtuara nga fusha e dritës dhe strukturës së tyre atomike mikroskopike dhe vetive elektronike është bërë një qëllim kërkimor.

Sjellja e përgjigjes fotoelektrike 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 zbatime të mundshme praktike në të ardhmen. Për shembull, në një gjysmëmetal Weyl, thithja e një fotoni të dritës së polarizuar rrethore do të shkaktojë përmbysjen e rrotullimit, dhe për të përmbushur ruajtjen e momentit këndor, ngacmimi i elektroneve në të dyja anët e konit Weyl do të shpërndahet në mënyrë asimetrike përgjatë drejtimit të përhapjes së dritës së polarizuar rrethore, i cili quhet rregulli i përzgjedhjes kirale (Figura 1).

Studimi teorik i fenomeneve optike jolineare të materialeve topologjike zakonisht përdor metodën e kombinimit të llogaritjes së vetive të gjendjes themelore të materialit dhe analizës së simetrisë. Megjithatë, kjo metodë ka disa defekte: i mungon informacioni dinamik në kohë reale i bartësve të ngacmuar në hapësirën e momentit dhe hapësirën reale, dhe nuk mund të krijojë një krahasim të drejtpërdrejtë me metodën eksperimentale të zbulimit me zgjidhje kohore. Lidhja midis elektroneve-fononeve dhe fotoneve-fononeve nuk mund të merret në konsideratë. Dhe kjo është thelbësore që të ndodhin tranzicione të caktuara fazore. Përveç kësaj, kjo analizë teorike e bazuar në teorinë e perturbacionit nuk mund të merret me proceset fizike nën fushën e fortë të dritës. Simulimi i dinamikës molekulare funksionale të dendësisë së 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 Kyç të Fizikës Sipërfaqësore të Institutit të Fizikës të Akademisë Kineze të Shkencave/Qendrës Kombëtare të Kërkimit të Pekinit për Fizikën e Materies së Përqendruar, në bashkëpunim me Profesor Sun Jiatao të Institutit të Teknologjisë të Pekinit, ata përdorën programin e vetëzhvilluar të simulimit të dinamikës së gjendjes së ngacmuar TDAP. Janë hetuar karakteristikat e reagimit të ngacmimit të kuastipjesëzave ndaj lazerit ultra të shpejtë në llojin e dytë të gjysmë-metalit Weyl WTe2.

Është treguar se ngacmimi selektiv i bartësve pranë pikës Weyl përcaktohet nga simetria orbitale atomike dhe rregulli i përzgjedhjes së tranzicionit, i cili është i ndryshëm nga rregulli i zakonshëm i përzgjedhjes së spinit për ngacmimin kiral, dhe rruga e ngacmimit të tij mund të kontrollohet duke ndryshuar drejtimin e polarizimit të dritës së polarizuar linearisht dhe energjisë së fotonit (FIG. 2).

Ngacmimi asimetrik i bartësve shkakton fotorryma në drejtime të ndryshme në hapësirën reale, gjë që ndikon në drejtimin dhe simetrinë e rrëshqitjes ndërshtresore të sistemit. Meqenëse vetitë topologjike të WTe2, siç është numri i pikave Weyl dhe shkalla e ndarjes në hapësirën e impulsit, varen shumë nga simetria e sistemit (Figura 3), ngacmimi asimetrik i bartësve do të sjellë sjellje të ndryshme të kuastipjesëzave Weyl në hapësirën e impulsit dhe ndryshime 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 përdorur në këtë studim mund të kuptojë thellësisht ndërveprimet komplekse dhe sjelljet dinamike në nivelet atomike dhe elektronike në një shkallë kohore super të shpejtë, të zbulojë mekanizmat e tyre mikrofizikë dhe pritet të jetë një mjet i fuqishëm për kërkime të ardhshme mbi fenomenet optike jolineare në materialet topologjike.

Rezultatet janë në revistën Nature Communications. Puna kërkimore mbështetet nga Plani Kombëtar i Kërkimit dhe Zhvillimit Kyç, ​​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 të kiralitetit (χ=+1) nën dritën e polarizuar rrethore; Ngacmim selektiv për shkak të simetrisë orbitale atomike në pikën Weyl të b. χ=+1 në dritën e polarizuar në linjë

FIG. 2. Diagrama e 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 Brillouin, shigjetat (1) dhe (2) përfaqësojnë ngacmimin afër ose larg pikave Weyl, përkatësisht; d. Amplifikimi i strukturës së brezit përgjatë drejtimit Gamma-X

FIG.3.ab: Ilustrohet lëvizja relative ndërshtresore e drejtimit të polarizimit të dritës linearisht të polarizuar përgjatë boshtit A dhe boshtit B të kristalit, dhe mënyra përkatëse e lëvizjes; C. Krahasimi midis simulimit teorik dhe vëzhgimit eksperimental; de: Evolucioni i simetrisë së sistemit dhe pozicioni, numri dhe shkalla e ndarjes së dy pikave më të afërta të Weyl në planin kz=0.

FIG. 4. Kalimi fototopologjik i fazës në Td-WTe2 për energjinë e fotonit të dritës së polarizuar linearisht (?) ω) dhe diagramin e fazës që varet nga drejtimi i polarizimit (θ).