Előrelépés történt a Weil által szabályozott kvázirészecskék ultragyors mozgásának vizsgálatábanlézerek
Az utóbbi években a topológiai kvantumállapotok és topológiai kvantumanyagok elméleti és kísérleti kutatása forró téma lett a kondenzált anyag fizika területén.Az anyagosztályozás új fogalmaként a topológiai rend a szimmetriához hasonlóan alapvető fogalom a kondenzált anyag fizikában.A topológia mélyreható ismerete a kondenzált anyag fizika alapvető problémáihoz kapcsolódik, mint például az alapvető elektronszerkezethez.kvantumfázisok, kvantumfázis-átmenetek és számos immobilizált elem gerjesztése kvantumfázisokban.A topológiai anyagokban az anyagtulajdonságok megértésében és szabályozásában döntő szerepet játszik a sok szabadsági fok, például az elektronok, a fononok és a spin közötti csatolás.A fénygerjesztéssel meg lehet különböztetni a különböző kölcsönhatásokat és manipulálni az anyag halmazállapotát, majd információt nyerni az anyag alapvető fizikai tulajdonságairól, a szerkezeti fázisátalakulásokról és az új kvantumállapotokról.Jelenleg kutatási céllá vált a fénytér által vezérelt topológiai anyagok makroszkopikus viselkedése, valamint azok mikroszkopikus atomi szerkezete és elektronikus tulajdonságai közötti kapcsolat.
A topológiai anyagok fotoelektromos válaszviselkedése szorosan összefügg azok mikroszkopikus elektronszerkezetével.Topológiai félfémeknél a sávmetszéspont közelében lévő vivőgerjesztés nagyon érzékeny a rendszer hullámfüggvény-jellemzőire.A topológiai félfémek nemlineáris optikai jelenségeinek vizsgálata segíthet a rendszer gerjesztett állapotainak fizikai tulajdonságainak jobb megértésében, és várhatóan ezek a hatások felhasználhatók lesznekoptikai eszközökvalamint a napelemek tervezése, amelyek a jövőben potenciális gyakorlati alkalmazásokat kínálnak.Például egy Weyl-félfémben a körkörösen polarizált fény fotonjának elnyelése a spin megfordulását okozza, és a szögimpulzus megmaradása érdekében a Weyl-kúp mindkét oldalán az elektrongerjesztés aszimmetrikusan oszlik el. a cirkulárisan polarizált fényterjedés iránya, amit királis szelekciós szabálynak nevezünk (1. ábra).
A topológiai anyagok nemlineáris optikai jelenségeinek elméleti vizsgálata általában az anyag alapállapot-tulajdonságainak számítását és a szimmetriaelemzést kombináló módszert alkalmazza.Ennek a módszernek azonban vannak hibái: hiányzik belőle a gerjesztett hordozók valós idejű dinamikus információja az impulzustérben és a valós térben, és nem tud közvetlen összehasonlítani az időfelbontású kísérleti detektálási módszerrel.Az elektron-fononok és a foton-fononok közötti csatolás nem jöhet számításba.És ez döntő fontosságú bizonyos fázisátalakulásokhoz.Ráadásul ez a perturbációelméleten alapuló elméleti elemzés nem tudja kezelni az erős fénytér alatt zajló fizikai folyamatokat.Az első elveken alapuló időfüggő sűrűség-funkcionális molekuláris dinamika (TDDFT-MD) szimuláció megoldhatja a fenti problémákat.
A közelmúltban Meng Sheng kutató, Guan Mengxue posztdoktori kutató és Wang En doktorandusz, a Kínai Tudományos Akadémia Fizikai Intézetének / Pekingi Nemzeti Koncentrált Anyagkutató Központjának Felületfizikai Kulcslaboratóriumának SF10 Csoportjának SF10 csoportjának irányításával. A fizika a Pekingi Technológiai Intézet professzorával, Sun Jiatao-val együttműködve a saját fejlesztésű TDAP gerjesztett állapotdinamikai szimulációs szoftvert használta.A második típusú Weyl félfém WTe2 ultragyors lézerre adott kvasztirészecske gerjesztés válaszjellemzőit vizsgálják.
Kimutatták, hogy a Weyl-pont közelében lévő hordozók szelektív gerjesztését az atompálya szimmetria és az átmeneti szelekciós szabály határozza meg, amely eltér a királis gerjesztésre szokásos spin szelekciós szabálytól, és gerjesztési útja a polarizációs irány megváltoztatásával szabályozható. lineárisan polarizált fény és foton energia (2. ábra).
A hordozók aszimmetrikus gerjesztése a valós térben különböző irányú fotoáramokat indukál, ami befolyásolja a rendszer rétegközi csúszásának irányát és szimmetriáját.Mivel a WTe2 topológiai tulajdonságai, mint például a Weyl-pontok száma és az elválasztás mértéke az impulzustérben, nagymértékben függenek a rendszer szimmetriájától (3. ábra), a hordozók aszimmetrikus gerjesztése a Weyl eltérő viselkedését idézi elő. kvasztirészecskék az impulzustérben és ennek megfelelő változások a rendszer topológiai tulajdonságaiban.Így a tanulmány világos fázisdiagramot ad a fototopológiai fázisátmenetekre (4. ábra).
Az eredmények azt mutatják, hogy a Weyl-pont közelében figyelni kell a vivőgerjesztés kiralitását, és elemezni kell a hullámfüggvény atomi pályatulajdonságait.A kettő hatása hasonló, de a mechanizmus nyilvánvalóan eltérő, ami elméleti alapot ad a Weyl-pontok szingularitásának magyarázatához.Ezen túlmenően a jelen tanulmányban alkalmazott számítási módszer szupergyors időskálán képes mélyen megérteni az atomi és az elektronikus szinteken zajló összetett kölcsönhatásokat és dinamikus viselkedéseket, feltárja azok mikrofizikai mechanizmusait, és várhatóan hatékony eszköz lesz a jövőbeni kutatásokhoz. nemlineáris optikai jelenségek topológiai anyagokban.
Az eredmények a Nature Communications folyóiratban olvashatók.A kutatómunkát a Nemzeti Kulcskutatási és Fejlesztési Terv, a Nemzeti Természettudományi Alapítvány és a Kínai Tudományos Akadémia Stratégiai Kísérleti Projektje (B kategória) támogatja.
ÁBRA 1.a.A kiralitás szelekciós szabálya pozitív kiralitási előjelű Weyl-pontokra (χ=+1) cirkulárisan polarizált fényben;Szelektív gerjesztés az atompálya szimmetriája miatt a b Weyl-pontjában.χ=+1 on-line polarizált fényben
ÁBRA.2. A, Td-WTe2 atomszerkezeti diagramja;b.Sávszerkezet a Fermi felszín közelében;(c) A Brillouin régióban nagy szimmetrikus vonalak mentén elosztott atompályák sávszerkezete és relatív hozzájárulása, az (1) és (2) nyilak a Weyl-pont közelében vagy távoli gerjesztést jelölnek;d.A sávszerkezet felerősítése a Gamma-X irány mentén
3.ab ábra: A lineárisan polarizált fény polarizációs irányának relatív rétegközi mozgása a kristály A- és B-tengelye mentén, valamint a megfelelő mozgásmód látható;C. Az elméleti szimuláció és a kísérleti megfigyelés összehasonlítása;de: A rendszer szimmetriafejlődése és a két legközelebbi Weyl-pont helyzete, száma és elválasztási foka a kz=0 síkban
ÁBRA.4. Fototopológiai fázisátalakulás Td-WTe2-ben lineárisan polarizált fényfotonenergia (?) ω) és polarizációs irány (θ) függvényében.
Feladás időpontja: 2023.09.25