Edusamme on tehtud Weili kvaasiosakeste ülikiire liikumise uurimisel, mida kontrolliblaserid
Viimastel aastatel on kondenseerunud aine füüsika vallas kuum teema topoloogiliste kvantolekute ja topoloogiliste kvantmaterjalide teoreetilised ja eksperimentaalsed uuringud. Aine klassifitseerimise uue kontseptsioonina on topoloogiline järjekord, nagu ka sümmeetria, kondenseerunud aine füüsika põhimõiste. Topoloogia sügav mõistmine on seotud kondenseerunud aine füüsika põhiprobleemidega, nagu näiteks elektrooniline põhistruktuur.kvantfaasid, kvantfaasisiirded ja paljude immobiliseeritud elementide ergastamine kvantfaasides. Topoloogilistes materjalides mängib materjalide omaduste mõistmisel ja reguleerimisel otsustavat rolli seos paljude vabadusastmete, näiteks elektronide, fonoonide ja spinni vahel. Valgusergastuse abil saab eristada erinevaid interaktsioone ja manipuleerida aine olekuga ning seejärel saab infot materjali põhiliste füüsikaliste omaduste, struktuursete faasiüleminekute ja uute kvantolekute kohta. Praegu on uurimiseesmärgiks saanud valgusvälja poolt juhitud topoloogiliste materjalide makroskoopilise käitumise seos nende mikroskoopilise aatomistruktuuri ja elektrooniliste omaduste vahel.
Topoloogiliste materjalide fotoelektrilise reaktsiooni käitumine on tihedalt seotud selle mikroskoopilise elektroonilise struktuuriga. Topoloogiliste poolmetallide puhul on kande ergastus riba ristumiskoha lähedal väga tundlik süsteemi lainefunktsiooni omaduste suhtes. Mittelineaarsete optiliste nähtuste uurimine topoloogilistes poolmetallides võib aidata meil paremini mõista süsteemi ergastatud olekute füüsikalisi omadusi ning eeldatakse, et neid efekte saab kasutada materjalide valmistamisel.optilised seadmedja päikesepatareide disain, pakkudes potentsiaalseid praktilisi rakendusi tulevikus. Näiteks Weyli poolmetallis põhjustab ringpolariseeritud valguse footoni neeldumine spinni ümberpööramist ja nurkimpulsi säilimise tagamiseks jaotub elektronergastus Weyli koonuse mõlemal küljel asümmeetriliselt. ringpolariseeritud valguse levimise suund, mida nimetatakse kiraalse valiku reegliks (joonis 1).
Topoloogiliste materjalide mittelineaarsete optiliste nähtuste teoreetilises uuringus kasutatakse tavaliselt materjali põhiseisundi omaduste arvutamise ja sümmeetriaanalüüsi kombineerimise meetodit. Sellel meetodil on aga mõned puudused: sellel puudub impulsiruumi ja reaalruumi ergastatud kandjate reaalajas dünaamiline informatsioon ning see ei saa luua otsest võrdlust ajalahutusega eksperimentaalse tuvastamise meetodiga. Elektron-fonoonide ja footon-fononite vahelist sidet ei saa arvestada. Ja see on teatud faasiüleminekute toimumiseks ülioluline. Lisaks ei saa see häirete teoorial põhinev teoreetiline analüüs käsitleda füüsikalisi protsesse tugeva valgusvälja all. Esimestel põhimõtetel põhinev ajast sõltuv tihedusfunktsionaalse molekulaarse dünaamika (TDDFT-MD) simulatsioon võib ülaltoodud probleeme lahendada.
Hiljuti juhtisid teadur Meng Sheng, järeldoktor Guan Mengxue ja doktorant Wang En Hiina Teaduste Akadeemia füüsika instituudi ja Pekingi riikliku kontsentreeritud aine uurimiskeskuse pinnafüüsika riikliku võtmelabori SF10 rühmast. Füüsika, koostöös Pekingi Tehnoloogiainstituudi professori Sun Jiataoga, kasutasid nad enda väljatöötatud ergastatud oleku dünaamika simulatsioonitarkvara TDAP. Uuritakse kvastiosakeste ergastuse reaktsiooniomadusi ülikiirele laserile teist tüüpi Weyl poolmetallist WTe2.
On näidatud, et kandjate selektiivse ergastuse Weyli punkti lähedal määrab aatomi orbitaalsümmeetria ja ülemineku valiku reegel, mis erineb tavapärasest kiraalse ergastuse spin-valiku reeglist ning selle ergastusrada saab juhtida polarisatsioonisuunda muutes. lineaarselt polariseeritud valguse ja footoni energia (joonis 2).
Kandjate asümmeetriline ergastus indutseerib reaalses ruumis erinevates suundades fotovoolusid, mis mõjutab süsteemi kihtidevahelise libisemise suunda ja sümmeetriat. Kuna WTe2 topoloogilised omadused, nagu Weyli punktide arv ja eraldusaste impulsiruumis, sõltuvad suuresti süsteemi sümmeetriast (joonis 3), põhjustab kandjate asümmeetriline ergastus Weyli erineva käitumise. kvastiosakesed impulsiruumis ja vastavad muutused süsteemi topoloogilistes omadustes. Seega annab uuring selge faasidiagrammi fototopoloogiliste faasisiirete kohta (joonis 4).
Tulemused näitavad, et Weyli punkti lähedal tuleks pöörata tähelepanu kandja ergastuse kiraalsusele ja analüüsida lainefunktsiooni aatomiorbitaalseid omadusi. Nende kahe mõjud on sarnased, kuid mehhanism on ilmselgelt erinev, mis annab teoreetilise aluse Weyli punktide singulaarsuse selgitamiseks. Lisaks saab selles uuringus vastuvõetud arvutusmeetodiga ülikiire aja jooksul sügavuti mõista keerulisi interaktsioone ja dünaamilist käitumist aatomi- ja elektroonikatasandil, paljastada nende mikrofüüsikalised mehhanismid ja eeldatavasti on see võimas tööriist tulevastes teadusuuringutes. mittelineaarsed optilised nähtused topoloogilistes materjalides.
Tulemused on ajakirjas Nature Communications. Uurimistööd toetavad riiklik võtmeuuringute ja arenduskava, riiklik loodusteaduste sihtasutus ja Hiina Teaduste Akadeemia strateegiline pilootprojekt (B-kategooria).
JOONIS 1.a. Kiraalsuse valiku reegel positiivse kiraalsusmärgiga (χ=+1) Weyli punktide jaoks ringpolariseeritud valguses; Aatomiorbiidi sümmeetriast tingitud selektiivne ergutus punkti b Weyli punktis. χ = +1 on-line polariseeritud valguses
joonisel fig. 2. a, Td-WTe2 aatomistruktuuri diagramm; b. Riba struktuur Fermi pinna lähedal; (c) Brillouini piirkonnas kõrgetel sümmeetrilistel joontel jaotunud aatomiorbitaalide ribastruktuur ja suhtelised panused, nooled (1) ja (2) tähistavad vastavalt Weyli punktide lähedal või kaugemal ergastamist; d. Ribastruktuuri võimendamine piki Gamma-X suunda
Joonis fig 3.ab: illustreeritud on lineaarselt polariseeritud valguse polarisatsiooni suuna suhteline kihtidevaheline liikumine piki kristalli A- ja B-telge ning vastav liikumisrežiim; C. Teoreetilise simulatsiooni ja eksperimentaalse vaatluse võrdlus; de: süsteemi sümmeetriline areng ning kahe lähima Weyli punkti asukoht, arv ja eraldusaste tasapinnal kz=0
joonisel fig. 4. Fototopoloogiline faasisiire Td-WTe2-s lineaarselt polariseeritud valguse footoni energia (?) ω) ja polarisatsiooni suunast (θ) sõltuva faasidiagrammi korral
Postitusaeg: 25. september 2023