Vordering is gemaak in die studie van ultravinnige beweging van Weil kwasideeltjies wat beheer word deurlasers
In onlangse jare het die teoretiese en eksperimentele navorsing oor topologiese kwantumtoestande en topologiese kwantummateriale 'n warm onderwerp op die gebied van gekondenseerde materiefisika geword. As 'n nuwe konsep van materieklassifikasie is topologiese orde, soos simmetrie, 'n fundamentele konsep in gekondenseerde materie fisika. 'n Diep begrip van topologie hou verband met die basiese probleme in gekondenseerde materie fisika, soos die basiese elektroniese struktuur vankwantumfases, kwantumfase-oorgange en opwekking van baie geïmmobiliseerde elemente in kwantumfases. In topologiese materiale speel die koppeling tussen baie grade van vryheid, soos elektrone, fone en spin, 'n deurslaggewende rol in die verstaan en regulering van materiaal-eienskappe. Ligopwekking kan gebruik word om tussen verskillende interaksies te onderskei en die toestand van materie te manipuleer, en inligting oor die materiaal se basiese fisiese eienskappe, strukturele fase-oorgange en nuwe kwantumtoestande kan dan verkry word. Tans het die verband tussen makroskopiese gedrag van topologiese materiale wat deur ligveld aangedryf word en hul mikroskopiese atoomstruktuur en elektroniese eienskappe 'n navorsingsdoelwit geword.
Die foto-elektriese reaksiegedrag van topologiese materiale is nou verwant aan die mikroskopiese elektroniese struktuur daarvan. Vir topologiese halfmetale is die draeropwekking naby die bandkruising hoogs sensitief vir die golffunksiekenmerke van die sisteem. Die studie van nie-lineêre optiese verskynsels in topologiese semi-metale kan ons help om die fisiese eienskappe van die opgewekte toestande van die sisteem beter te verstaan, en daar word verwag dat hierdie effekte gebruik kan word in die vervaardiging vanoptiese toestelleen die ontwerp van sonselle, wat potensiële praktiese toepassings in die toekoms bied. Byvoorbeeld, in 'n Weyl-halfmetaal, sal die absorpsie van 'n foton van sirkelvormige gepolariseerde lig die spin laat omdraai, en om die behoud van hoekmomentum te bereik, sal die elektronopwekking aan beide kante van die Weyl-kegel asimmetries langsaan versprei word. die rigting van die sirkulêr gepolariseerde ligvoortplanting, wat die chirale seleksiereël genoem word (Figuur 1).
Die teoretiese studie van nie-lineêre optiese verskynsels van topologiese materiale gebruik gewoonlik die metode om die berekening van materiaal grondtoestand eienskappe en simmetrie-analise te kombineer. Hierdie metode het egter 'n paar defekte: dit ontbreek die intydse dinamiese inligting van opgewonde draers in momentumruimte en werklike ruimte, en dit kan nie 'n direkte vergelyking met die tyd-opgeloste eksperimentele opsporingsmetode bewerkstellig nie. Die koppeling tussen elektron-fonone en foton-fonone kan nie oorweeg word nie. En dit is van kardinale belang vir sekere fase-oorgange om plaas te vind. Daarbenewens kan hierdie teoretiese analise gebaseer op versteuringsteorie 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 navorser Meng Sheng, nadoktorale navorser Guan Mengxue en doktorale student Wang En van die SF10-groep van die Staatssleutellaboratorium vir Oppervlaktefisika van die Instituut vir Fisika van die Chinese Akademie van Wetenskappe/Beijing Nasionale Navorsingsentrum vir Gekonsentreerde Materie Fisika, in samewerking met professor Sun Jiatao van die Beijing Institute of Technology, het hulle die self-ontwikkelde opgewonde toestand dinamika simulasie sagteware TDAP gebruik. Die responseienskappe van kwastipartikel-opwekking op ultravinnige laser in die tweede soort Weyl semi-metaal WTe2 word ondersoek.
Daar is getoon dat die selektiewe opwekking van draers naby die Weyl-punt bepaal word deur atoomorbitaal-simmetrie en oorgangseleksiereël, wat verskil van die gewone spinseleksiereël vir chirale opwekking, en die opwekkingspad daarvan kan beheer word deur die polarisasierigting te verander. van lineêr gepolariseerde lig en fotonenergie (FIG. 2).
Die asimmetriese opwekking van draers induseer fotostrome in verskillende rigtings in werklike ruimte, wat die rigting en simmetrie van die tussenlaaggly van die sisteem beïnvloed. Aangesien die topologiese eienskappe van WTe2, soos die aantal Weyl-punte en die mate van skeiding in die momentumruimte, hoogs afhanklik is van die simmetrie van die sisteem (Figuur 3), sal die asimmetriese opwekking van draers verskillende gedrag van Weyl meebring. kwastipartikels in die momentumruimte en ooreenstemmende veranderinge in die topologiese eienskappe van die sisteem. Die studie verskaf dus 'n duidelike fasediagram vir fototopologiese fase-oorgange (Figuur 4).
Die resultate toon dat daar aandag gegee moet word aan die chiraliteit van draeropwekking naby Weyl-punt, en die atoomorbitale eienskappe van golffunksie moet ontleed word. Die uitwerking van die twee is soortgelyk, maar die meganisme verskil natuurlik, wat 'n teoretiese basis bied om die singulariteit van Weyl-punte te verduidelik. Daarbenewens kan die berekeningsmetode wat in hierdie studie gebruik is, die komplekse interaksies en dinamiese gedrag op die atoom- en elektroniese vlakke in 'n supervinnige tydskaal diep verstaan, hul mikrofisiese meganismes openbaar, en sal na verwagting 'n kragtige instrument wees vir toekomstige navorsing oor nie-lineêre optiese verskynsels in topologiese materiale.
Die resultate is in die joernaal Nature Communications. Die navorsingswerk word ondersteun deur die Nasionale Sleutelnavorsing- en Ontwikkelingsplan, die Nasionale Natuurwetenskapstigting en die Strategiese Loodsprojek (Kategorie B) van die Chinese Akademie vir Wetenskappe.
FIG.1.a. Die chiraliteit seleksie reël vir Weyl punte met positiewe chiraliteit teken (χ=+1) onder sirkelvormig gepolariseerde lig; Selektiewe opwekking as gevolg van atoomorbitale simmetrie by die Weyl-punt van b. χ=+1 in aanlyn gepolariseerde lig
FIG. 2. Atoomstruktuurdiagram van 'n, Td-WTe2; b. Bandstruktuur naby die Fermi-oppervlak; (c) Bandstruktuur en relatiewe bydraes van atoomorbitale versprei langs hoë simmetriese lyne in die Brillouin-streek, pyle (1) en (2) verteenwoordig opwekking naby of ver van Weyl-punte, onderskeidelik; d. Versterking van 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 sisteem en die posisie, aantal en graad van skeiding van die twee naaste Weyl-punte in die kz=0-vlak
FIG. 4. Fototopologiese fase-oorgang in Td-WTe2 vir lineêr gepolariseerde ligfotonenergie (?) ω) en polarisasierigting (θ) afhanklike fasediagram
Postyd: 25 September 2023