Weili kvaasiosakeste ultrafastiliikumise uurimisel on tehtud edusammelaserid
Viimastel aastatel on topoloogiliste kvantseisundite ja topoloogiliste kvantmaterjalide teoreetilised ja eksperimentaalsed uuringud muutunud kondenseerunud ainefüüsika valdkonnas kuumaks teemaks. Mateeria klassifitseerimise uue kontseptsioonina on topoloogiline järjekord, nagu ka sümmeetria, kontenseeritud ainefüüsika põhikontseptsioon. Topoloogia sügav mõistmine on seotud kondenseerunud aine füüsika põhiprobleemidega, näiteks elektrooniline struktuurkvantfaasid, kvantfaasi üleminekud ja paljude immobiliseeritud elementide ergastamine kvantfaasides. Topoloogilistes materjalides mängib paljude vabadusastmete, näiteks elektronide, fononide ja spinnide vahelist sidumist materiaalsete omaduste mõistmisel ja reguleerimisel otsustavat rolli. Kerge ergastust saab kasutada erinevate interaktsioonide eristamiseks ja aine olekuga manipuleerimiseks ning seejärel saab teavet materjali põhiliste füüsikaliste omaduste, struktuurifaasi üleminekute ja uute kvantseisundite kohta. Praegu on uurimise eesmärgiks muutunud seos valgusvälja topoloogiliste materjalide makroskoopilise käitumise ning nende mikroskoopilise aatomi struktuuri ja elektrooniliste omaduste vahel.
Topoloogiliste materjalide fotoelektriline reageerimise käitumine on tihedalt seotud selle mikroskoopilise elektroonilise struktuuriga. Topoloogiliste poolmetallide jaoks on riba ristmiku lähedal asuv kande ergastus süsteemi lainefunktsiooni karakteristikute suhtes väga tundlik. Mittelineaarsete optiliste nähtuste uurimine topoloogilistes poolmetallides aitab meil paremini mõista süsteemi ergastatud olekute füüsilisi omadusi ja eeldatakse, et neid mõju saab kasutadaoptilised seadmedja päikesepatareide disain, pakkudes tulevikus võimalikke praktilisi rakendusi. Näiteks Weyli poolmetallis põhjustab ümmarguse polariseeritud valguse footoni absorbeerimine pöörlemise ja nurkkiiruse säilitamiseks jaotub Weyl koonuse mõlemal küljel elektronide ergastus asümmeetriliselt pikilise polariseeritud valguse leviku suunas, mida nimetatakse kooriks.
Topoloogiliste materjalide mittelineaarsete optiliste nähtuste teoreetiline uuring võtab tavaliselt kasutusele meetodi materjali põhiseisundi omaduste ja sümmeetria analüüsi ühendamise meetodil. Sellel meetodil on siiski mõned defektid: sellel puudub põnevuskandes ja reaalses ruumis reaalajas dünaamiline teave ning see ei saa luua otsest võrdlust ajaliselt lahendatud eksperimentaalse tuvastamise meetodiga. Elektronfonoonide ja footonfonoonide vahelist sidumist ei saa arvestada. Ja see on teatavate faasisiirete toimumiseks ülioluline. Lisaks ei saa see häiringute teoorial põhinev teoreetiline analüüs käsitleda tugeva valguvälja all olevaid füüsilisi protsesse. Ajast sõltuv tiheduse funktsionaalse molekulaarse dünaamika (TDDFT-MD) simulatsioon, mis põhineb esimestel põhimõtetel, saab ülaltoodud probleemid lahendada.
Hiljuti, teadur Meng Sheng, järeldoktor Guan Mengxue ja doktorant Wang En SF10 grupi doktorant Wang En Riikliku Pinnafüüsika peafüüsika peamise laboratooriumi grupist Hiina Teaduste Akadeemia füüsika instituudi/Pekingi riikliku uurimistööga, kasutasid nad koostoimisse Dynacs'i, nende koosseisus, mis on koostöös Salves Institute'is BEITSORI SUNKSITUD KOOSITSIOONIGA Simulatsiooni tarkvara TDAP. Uuritakse ultrafastilise laseri kvastisatiilika ergutuse reageerimisomadusi Weyli poolmetalli WTE2 teist tüüpi WTE2-s.
On näidatud, et Weyl Pointi lähedal asuvate kandjate selektiivse ergastamise määrab aatomi orbitaalsümmeetria ja üleminekuvaliku reegli, mis erineb kiraalse ergutuse tavalisest spinni valimise reeglist ning selle ergutusrada saab kontrollida, muutes lineaarselt polariseeritud valguse ja footonienergia polarisatsioonisuunda (joonis 2).
Kandjate asümmeetriline ergastamine kutsub esile reaalses ruumis erinevates suundades fotovoolu, mis mõjutab süsteemi vahepalade libisemise suunda ja sümmeetriat. Kuna WTE2 topoloogilised omadused, nagu näiteks Weyl punktide arv ja impulsiruumis eraldumisaste, sõltuvad suuresti süsteemi sümmeetriast (joonis 3), toob kandjate asümmeetriline ergutus weyl -kvasticles'i erineva käitumise hoomutusruumis ja vastavad muutused süsteemi topoloogilistes ainetes. Seega annab uuring selge faasiskeemi fototopoloogiliste faasi üleminekute jaoks (joonis 4).
Tulemused näitavad, et Weyl Pointi lähedal kanduri ergutuse kiraalsusele tuleks pöörata tähelepanu ja analüüsida tuleks lainefunktsiooni aatomi orbitaalseid omadusi. Nende kahe mõju on sarnane, kuid mehhanism on ilmselgelt erinev, mis annab teoreetilise aluse Weyl Pointi eripära selgitamiseks. Lisaks võib selles uuringus kasutatud arvutusmeetod mõista sügavalt keerulisi interaktsioone ja dünaamilist käitumist aatomi- ja elektroonilistel tasanditel ülikiire aja skaalal, paljastada nende mikrofüüsikalised mehhanismid ja eeldatakse, et see on võimas vahend tulevaste uuringute jaoks mittelineaarsete optiliste nähtuste kohta topoloogilistes materjalides.
Tulemused on ajakirjas Nature Communications. Uurimistööd toetavad riiklik peamine teadus- ja arendustegevuse kava, riiklik loodusõpetus ja Hiina Teaduste Akadeemia strateegiline pilootprojekt (B -kategooria).
Joonis 1.a. Positiivse kiraalsuse märgi (χ =+1) Weyl -punktide kiraalsuse valiku reegel ümmarguse polariseeritud valguse all; Valikuline ergutus aatomorbitaali sümmeetriast b Weyl Pointi juures. χ =+1 on-line polariseeritud valguses
Joonis fig. 2. a, td-wte2 aatomstruktuuri diagramm; b. Riba struktuur Fermi pinna lähedal; c) Brillouini piirkonnas kõrge sümmeetriliste joonte, noolte (1) ja (2) kõrge sümmeetriliste joontega jaotatud aatomiorbitaalide riba struktuur ja suhteline panus tähistavad vastavalt Weyl -punktide lähedal või kaugel; d. Riba struktuuri võimendamine Gamma-X suunas
Joonis 3.AB: lineaarselt polariseeritud valguse polarisatsiooni suuna suhteline vahepalade liikumine piki kristalli a-telge ja b-telge ning illustreeritakse vastavat liikumisrežiimi; C. Teoreetilise simulatsiooni ja eksperimentaalse vaatluse võrdlus; DE: Süsteemi sümmeetria areng ning kahe lähima Weyl -punkti positsioon, arv ja aste KZ = 0 tasapinnas
Joonis fig. 4. Fototopoloogiline faasi üleminek TD-WTE2-s lineaarselt polariseeritud valguse footonienergia (?) Ω) ja polarisatsiooni suuna (θ) sõltuva faasiskeemi jaoks
Postiaeg: 25. september2023