Napredak je postignut u proučavanju ultra brzog gibanja Weil kvazipartike koje kontroliralaseri
Posljednjih godina teorijska i eksperimentalna istraživanja o topološkim kvantnim stanjima i topološkim kvantnim materijalima postala su vruća tema u području fizike kondenzirane materije. Kao novi koncept klasifikacije materije, topološki poredak, poput simetrije, temeljni je koncept u fizici kondenzirane materije. Duboko razumijevanje topologije povezano je s osnovnim problemima u fizici kondenzirane materije, poput osnovne elektroničke strukturekvantne faze, Kvantni fazni prijelazi i pobuda mnogih imobiliziranih elemenata u kvantnim fazama. U topološkim materijalima, spajanje između mnogih stupnjeva slobode, poput elektrona, fonona i spina, igra odlučujuću ulogu u razumijevanju i reguliranju svojstava materijala. Svjetlo pobuđenje može se koristiti za razlikovanje različitih interakcija i manipuliranje stanjem materije, te informacije o osnovnim fizičkim svojstvima materijala, prijelazima strukturnih faza i novim kvantnim stanjima. Trenutno je veza između makroskopskog ponašanja topoloških materijala vođenih svjetlosnim poljem i njihovim mikroskopskom atomskom strukturom i elektroničkim svojstvima postala istraživački cilj.
Fotoelektrično ponašanje topoloških materijala usko je povezano s njegovom mikroskopskom elektroničkom strukturom. Za topološke polu-metale, pobuda nosača u blizini raskrižja opsega vrlo je osjetljiva na karakteristike funkcije valova u sustavu. Studija nelinearnih optičkih pojava u topološkim polu-metalima može nam pomoći da bolje razumijemo fizička svojstva pobuđenih stanja sustava, a očekuje se da se ti učinci mogu koristiti u proizvodnjioptički uređajii dizajn solarnih ćelija, pružajući potencijalne praktične primjene u budućnosti. Na primjer, u Weyl polu-metalu, apsorbiranje fotona kružno polarizirane svjetlosti uzrokovat će okretanje spina, a kako bi se zadovoljilo očuvanje kutnog zamaha, pobuda elektrona na obje strane Weyl konusa bit će asimetrično raspodijeljena duž smjera kružnog polariziranog sloja, koji je pozvan na poljanu, koji je nazvan chhiral.
Teoretska studija nelinearnih optičkih pojava topoloških materijala obično prihvaća metodu kombiniranja izračunavanja svojstava materijalnog stanja i simetrije. Međutim, ova metoda ima neke nedostatke: nedostaju joj dinamičke informacije u stvarnom vremenu pobuđenih nosača u zamahu i stvarnom prostoru, a ne može uspostaviti izravnu usporedbu s vremenski razlučenom metodom eksperimentalnog otkrivanja. Spajanje elektron-fonona i fotona-fonona ne može se uzeti u obzir. A to je ključno da se dogodi određeni prijelazi faza. Pored toga, ova teorijska analiza zasnovana na teoriji poremećaja ne može se baviti fizičkim procesima pod jakim svjetlosnim poljem. Vremenski ovisna gustoća funkcionalna molekularna dinamika (TDDFT-MD) simulacija na temelju prvih principa može riješiti gornje probleme.
Nedavno, pod poticajem istraživača Meng Sheng-a, postdoktorski istraživač Guan Mengxue i doktorski student Wang en iz grupe SF10 u državnom ključnom laboratoriju površinske fizike Instituta za fiziku Kineske akademije za znanost/Peking Nacionalni istraživački centar za koncentriranu materiju, u suradnji s Sunčevom JIatom Softver TDAP. Ispituju se karakteristike odgovora pobuđenja Qustiperticle na ultra brze lasera u drugoj vrsti Weyl polu-metala WTE2.
Pokazano je da selektivno pobuđivanje nosača u blizini Weyl točke određeno je pravilom atomske orbitalne simetrije i odabira prijelaza, koje se razlikuje od uobičajenog pravila o odabiru spina za kiralnu pobudu, a njegov put pobude može se kontrolirati promjenom smjera polarizacije linearno polarizirane svjetlosti i fotonske energije (Sl. 2).
Asimetrično pobuđenje nosača inducira fototore u različitim smjerovima u stvarnom prostoru, što utječe na smjer i simetriju međuslojnog klizanja sustava. Budući da topološka svojstva WTE2, poput broja Weyl točaka i stupnja odvajanja u prostoru zamaha, vrlo ovise o simetriji sustava (slika 3), asimetrično pobuđivanje nosača dovest će do različitog ponašanja Weyl Quastiparticles u prostoru zamaha i odgovarajućih promjena u topološkim svojstvima sustava. Dakle, studija daje jasan fazni dijagram za fototopološke fazne prijelaze (Slika 4).
Rezultati pokazuju da bi kiralnost pobude nosača u blizini Weyl Pointa trebala obratiti pažnju na, a atomska orbitalna svojstva valne funkcije treba analizirati. Učinci njih dvojice su slični, ali mehanizam je očito drugačiji, što pruža teorijsku osnovu za objašnjenje singularnosti Weyl točaka. Pored toga, računalna metoda prihvaćena u ovom istraživanju može duboko razumjeti složene interakcije i dinamička ponašanja na atomskoj i elektroničkoj razini u super brzom vremenskom skali, otkriva njihove mikrofizičke mehanizme, a očekuje se da će biti moćan alat za buduća istraživanja nelinearnih optičkih pojava u topološkim materijalima.
Rezultati su u časopisu Nature Communications. Istraživački rad podržan je Nacionalnom planom istraživanja i razvoja, Nacionalna zaklada za prirodne znanosti i Strateški pilot projekt (kategorija B) Kineske akademije znanosti.
Sl.1.A. Pravilo odabira kiralnosti za Weyl točke s pozitivnim znakom kiralnosti (χ =+1) pod kružno polariziranom svjetlom; Selektivno uzbuđenje zbog atomske orbitalne simetrije na Weyl točki b. χ =+1 u on-line polariziranom svjetlu
Fi. 2. Dijagram atomske strukture A, TD-WTE2; b. Struktura opsega u blizini Fermi površine; (c) struktura opsega i relativni doprinosi atomskih orbitala raspoređenih duž visokih simetričnih linija u regiji Brillouin, strelice (1) i (2) predstavljaju pobudu u blizini ili daleko od Weyl točaka; d. Pojačanje strukture opsega duž Gamma-X smjera
Sl.3.AB: Relativni međuslojni kretanje linearno polariziranog smjera polarizacije svjetlosti duž osi i B-osi kristala, a prikazan je odgovarajući način kretanja; C. Usporedba teorijske simulacije i eksperimentalnog promatranja; DE: Simetrija evolucija sustava i položaj, broj i stupanj razdvajanja dviju najbližih Weyl točaka u ravnini KZ = 0
Fi. 4. Photopološka fazna prijelaz u TD-WTE2 za linearno polariziranu svjetlost foton energija (?) Ω) i smjer polarizacije (θ) ovisan fazni dijagram
Post Vrijeme: rujna-25-2023