Daar is vordering gemaak met die studie van ultrafast -beweging van Weil -kwasipartikels wat deurlasers
In onlangse jare het die teoretiese en eksperimentele navorsing oor topologiese kwantumtoestande en topologiese kwantummateriaal 'n warm onderwerp geword op die gebied van die fisika van gekondenseerde materie. As 'n nuwe konsep van materie -klassifikasie, is topologiese orde, soos simmetrie, 'n fundamentele konsep in die fisika van gekondenseerde materie. 'N Diep begrip van die topologie hou verband met die basiese probleme in die fisika van gekondenseerde materie, soos die basiese elektroniese struktuur vankwantumfases, kwantumfase -oorgange en opwinding van baie geïmmobiliseerde elemente in kwantumfases. In topologiese materiale speel die koppeling tussen baie grade van vryheid, soos elektrone, fonone en spin, 'n deurslaggewende rol in die begrip en regulering van materiële eienskappe. Ligte opwinding kan gebruik word om tussen verskillende interaksies te onderskei en die toestand van materie te manipuleer, en inligting oor die basiese fisiese eienskappe van die materiaal, strukturele fase -oorgange en nuwe kwantumtoestande kan dan verkry word. Op die oomblik het die verband tussen makroskopiese gedrag van topologiese materiale wat deur ligveld en hul mikroskopiese atoomstruktuur en elektroniese eienskappe aangedryf word, 'n navorsingsdoelwit geword.
Die foto -elektriese responsgedrag van topologiese materiale hou nou verband met die mikroskopiese elektroniese struktuur. Vir topologiese semi-metale is die opwinding van die draer naby die kruising van die band baie sensitief vir die golffunksie-eienskappe van die stelsel. Die studie van nie-lineêre optiese verskynsels in topologiese semi-metale kan ons help om die fisiese eienskappe van die opgewekte toestande van die stelsel beter te verstaan, en daar word verwag dat hierdie effekte gebruik kan word in die vervaardiging vanOptiese toestelleen die ontwerp van sonkragselle, wat potensiële praktiese toepassings in die toekoms bied. Byvoorbeeld, in 'n Weyl-semi-metaal, wat 'n foton van sirkelvormig gepolariseerde lig opneem, sal die draai laat draai, en om aan die bewaring van hoekmomentum te voldoen, sal die elektron-opwinding aan beide kante van die Weyl-keël asimmetries versprei word langs die rigting van die sirkelvormige gepolariseerde ligte propagasie, wat die Chirale keuringsreël genoem word (Figuur 1).
Die teoretiese studie van nie -lineêre optiese verskynsels van topologiese materiale neem gewoonlik die metode aan om die berekening van materiële grondtoestand -eienskappe en simmetrie -analise te kombineer. Hierdie metode het egter enkele defekte: dit het nie die intydse dinamiese inligting van opgewonde draers in momentumruimte en werklike ruimte nie, en dit kan nie 'n direkte vergelyking met die tyd-opgeloste eksperimentele opsporingsmetode bepaal nie. Die koppeling tussen elektron-fonone en fotonfonone kan nie oorweeg word nie. En dit is van kardinale belang dat sekere fase -oorgange plaasvind. Daarbenewens kan hierdie teoretiese analise gebaseer op die perturbasieteorie nie die fisiese prosesse onder die sterk ligveld hanteer nie. Die tydafhanklike digtheid funksionele molekulêre dinamika (TDDFT-MD) -simulasie gebaseer op eerste beginsels kan bogenoemde probleme oplos.
Onlangs, onder leiding van die navorser Meng Sheng, het die postdoktorale navorser Guan Mengxue en die doktorale student van die SF10-groep van die Staatslaboratorium vir oppervlakfisika van die Instituut vir Fisika van die Chinese Akademie vir Wetenskappe/Beijing Nasionale Navorsingsentrum vir Consentrated Matter Physics, in samewerking met Professor Sun Jiatao van die Beijing-instituut, gebruik om die selfverwante te gebruik. Simulasie -sagteware TDAP. Die responskenmerke van quastiparticle-opwekking na ultra-vinnige laser in die tweede soort Weyl-semi-metaal WTE2 word ondersoek.
Daar is aangetoon dat die selektiewe opwinding van draers naby die WEYL -punt bepaal word deur atoom -orbitale simmetrie en oorgangskeuse -reël, wat verskil van die gewone spin -seleksie -reël vir chirale opwinding, en die opwindingspad kan beheer word deur die polarisasierigting van lineêr gepolariseerde lig en fotonenergie te verander (Fig. 2).
Die asimmetriese opwekking van draers veroorsaak fotostrome in verskillende rigtings in die regte ruimte, wat die rigting en simmetrie van die tussenlaag van die stelsel beïnvloed. Aangesien die topologiese eienskappe van WTE2, soos die aantal Weyl -punte en die mate van skeiding in die momentumruimte, baie afhanklik is van die simmetrie van die stelsel (Figuur 3), sal die asimmetriese opwinding van draers verskillende gedrag van Weyl Quastiparticles in die momentumruimte bewerkstellig en ooreenstemmende veranderinge in die topologiese eienskappe van die stelsel. Die studie bied dus 'n duidelike fasediagram vir fototopologiese fase -oorgange (Figuur 4).
Die resultate toon dat die chiraliteit van die opwinding van die draer naby Weyl Point aandag moet gee, en die atoom -orbitale eienskappe van die golffunksie moet ontleed word. Die gevolge van die twee is soortgelyk, maar die meganisme is natuurlik anders, wat 'n teoretiese basis bied om die enkelvoud van WEYL -punte te verklaar. Daarbenewens kan die berekeningsmetode wat in hierdie studie gebruik is, die ingewikkelde interaksies en dinamiese gedrag op atoom- en elektroniese vlakke diep verstaan, op 'n super-vinnige tydskaal, hul mikrofisiese meganismes openbaar, en dit sal na verwagting 'n kragtige instrument wees vir toekomstige navorsing oor nie-lineêre optiese verskynsels in topologiese materiale.
Die resultate is in die vaktydskrif Nature Communications. Die navorsingswerk word ondersteun deur die National Key Research and Development Plan, die National Natural Science Foundation en die Strategic Pilot Project (Kategorie B) van die Chinese Akademie vir Wetenskappe.
Fig.1.A. Die chirelasiekeuringsreël vir WEYL -punte met 'n positiewe chiraliteitsteken (χ =+1) onder sirkelvormig gepolariseerde lig; Selektiewe opwinding as gevolg van atoom -orbitale simmetrie by die Weyl -punt van b. χ =+1 in aanlyn gepolariseerde lig
Fig. 2. Atoomstruktuurdiagram van A, TD-WTE2; b. Bandstruktuur naby die Fermi -oppervlak; (c) bandstruktuur en relatiewe bydraes van atoom -orbitale versprei langs hoë simmetriese lyne in die Brillouin -streek, pyle (1) en (2) voorwaardes voor of ver van WEYL -punte, onderskeidelik; d. Versterking van die bandstruktuur langs die Gamma-X-rigting
Fig.3.ab: Die relatiewe tussenlaagbeweging van lineêr gepolariseerde ligpolarisasierigting langs die A-as en B-as van die kristal, en die ooreenstemmende bewegingsmodus word geïllustreer; C. Vergelyking tussen teoretiese simulasie en eksperimentele waarneming; DE: Simmetrie -evolusie van die stelsel en die posisie, aantal en mate van skeiding van die twee naaste WEYL -punte in die Kz = 0 -vlak
Fig. 4. Fototopologiese fase-oorgang in TD-WTE2 vir lineêr gepolariseerde ligte foton-energie (?) Ω) en polarisasierigting (θ) afhanklike fasediagram
Postyd: Sep-25-2023