Foarútgong is makke yn 'e stúdzje fan ultrasnelle beweging fan Weil quasiparticles kontrolearre trochlasers
Yn 'e lêste jierren is it teoretyske en eksperimintele ûndersyk nei topologyske kwantumstaten en topologyske kwantummaterialen in hyt ûnderwerp wurden op it mêd fan kondinsearre materiefysika. As in nij konsept fan matearjeklassifikaasje is topologyske folchoarder, lykas symmetry, in fûnemintele konsept yn de fysika fan kondinsearre matearje. In djip begryp fan topology is besibbe oan de basisproblemen yn de fysika fan kondensearre matearje, lykas de basale elektroanyske struktuer fanquantum fazen, quantum faze transysjes en excitation fan in protte immobilisearre eleminten yn kwantum fazen. Yn topologyske materialen spilet de koppeling tusken in protte frijheidsgraden, lykas elektroanen, fononen en spin, in beslissende rol by it begripen en regeljen fan materiaaleigenskippen. Ljochte excitaasje kin brûkt wurde om ûnderskied te meitsjen tusken ferskate ynteraksjes en de tastân fan matearje te manipulearjen, en ynformaasje oer de basis fysike eigenskippen fan it materiaal, strukturele fazetransysjes en nije kwantumstaten kinne dan wurde krigen. Op it stuit is de relaasje tusken makroskopysk gedrach fan topologyske materialen oandreaun troch ljochtfjild en har mikroskopyske atoomstruktuer en elektroanyske eigenskippen in ûndersyksdoel wurden.
It fotoelektryske reaksjegedrach fan topologyske materialen is nau besibbe oan har mikroskopyske elektroanyske struktuer. Foar topologyske heale metalen is de drager-eksitaasje tichtby de krusing fan 'e band tige gefoelich foar de skaaimerken fan' e wellefunksje fan it systeem. De stúdzje fan net-lineêre optyske ferskynsels yn topologyske heale metalen kin ús helpe om de fysike eigenskippen fan 'e opteinste steaten fan it systeem better te begripen, en it wurdt ferwachte dat dizze effekten kinne wurde brûkt by it meitsjen fanoptyske apparatenen it ûntwerp fan sinnesellen, it bieden fan potinsjele praktyske tapassingen yn 'e takomst. Bygelyks, yn in Weyl semi-metaal, absorbearjen fan in foton fan sirkulêr polarisearre ljocht sil de spin feroarsaakje om te flipjen, en om te foldwaan oan it behâld fan hoekmomentum, sil de elektroaneksitaasje oan beide kanten fan 'e Weylkegel asymmetrysk ferdield wurde lâns de rjochting fan de sirkulêr polarisearre ljocht fuortplanting, dat hjit de chirale seleksje regel (figuer 1).
De teoretyske stúdzje fan net-lineêre optyske ferskynsels fan topologyske materialen meastal oannimt de metoade fan kombinearjen de berekkening fan materiaal grûn steat eigenskippen en symmetry analyze. Dizze metoade hat lykwols wat mankeminten: it mist de real-time dynamyske ynformaasje fan opteinige dragers yn momentumromte en echte romte, en it kin gjin direkte fergeliking fêststelle mei de tiid-oploste eksperimintele deteksjemetoade. De keppeling tusken elektron-fononen en foton-fononen kin net beskôge wurde. En dit is krúsjaal foar bepaalde fazetransysjes om te foarkommen. Dêrnjonken kin dizze teoretyske analyze basearre op perturbaasjeteory net omgean mei de fysike prosessen ûnder it sterke ljochtfjild. De tiid-ôfhinklike tichtens funksjonele molekulêre dynamyk (TDDFT-MD) simulaasje basearre op earste prinsipes kin oplosse de boppesteande problemen.
Koartlyn, ûnder de begelieding fan ûndersiker Meng Sheng, postdoktoraal ûndersiker Guan Mengxue en doktoraal studint Wang En fan 'e SF10-groep fan' e State Key Laboratory of Surface Physics fan it Institute of Physics fan 'e Sineeske Akademy fan Wittenskippen / Beijing National Research Centre for Concentrated Matter Natuerkunde, yn gearwurking mei professor Sun Jiatao fan it Beijing Institute of Technology, brûkten se de selsûntwikkele opteinste steatdynamyksimulaasjesoftware TDAP. De reaksje eigenskippen fan quastiparticle excitation nei ultrasnelle laser yn de twadde soarte fan Weyl semi-metaal WTe2 wurde ûndersocht.
It is oantoand dat de selektive eksitaasje fan dragers tichtby it Weyl-punt wurdt bepaald troch atomyske orbitale symmetry en oergongsseleksjeregel, dy't oars is fan 'e gewoane spinseleksjeregel foar chirale excitaasje, en it eksitaasjepaad kin regele wurde troch it feroarjen fan de polarisaasjerjochting fan lineêr polarized ljocht en photon enerzjy (fig. 2).
Asymmetryske opwining fan dragers feroarsaket fotostreamen yn ferskate rjochtingen yn 'e echte romte, dy't de rjochting en symmetry fan' e interlayer slip fan it systeem beynfloedet. Om't de topologyske eigenskippen fan WTe2, lykas it oantal Weylpunten en de mjitte fan skieding yn 'e momentumromte, tige ôfhinklik binne fan 'e symmetry fan it systeem (figuer 3), sil de asymmetryske excitaasje fan dragers oars gedrach fan Weyl bringe. quastiparticles yn de momentum romte en oerienkommende feroarings yn de topologyske eigenskippen fan it systeem. Sa jout de stúdzje in dúdlik fazediagram foar fototopologyske fazetransysjes (figuer 4).
De resultaten litte sjen dat de chiraliteit fan drager-eksitaasje tichtby Weyl-punt omtinken moat wurde, en de atomyske orbitale eigenskippen fan wellefunksje moatte wurde analysearre. De effekten fan 'e twa binne ferlykber, mar it meganisme is fansels oars, wat in teoretyske basis biedt foar it ferklearjen fan de singulariteit fan Weyl-punten. Derneist kin de komputaasjemetoade oannommen yn dizze stúdzje de komplekse ynteraksjes en dynamyske gedrach op atomyske en elektroanyske nivo's yn in supersnelle tiidskaal djip begripe, har mikrofysyske meganismen iepenbierje, en wurdt ferwachte dat se in krêftich ark wêze foar takomstich ûndersyk nei net-lineêre optyske ferskynsels yn topologyske materialen.
De resultaten steane yn it tydskrift Nature Communications. It ûndersykswurk wurdt stipe troch it Nasjonaal Key Research and Development Plan, de National Natural Science Foundation en it Strategysk Pilotprojekt (Kategory B) fan 'e Sineeske Akademy fan Wittenskippen.
FIG.1.a. De chiraliteitseleksjeregel foar Weylpunten mei posityf chiraliteitsteken (χ=+1) ûnder sirkulêr polarisearre ljocht; Selektive excitaasje troch atoomorbitale symmetry op it Weylpunt fan b. χ=+1 yn online polarisearre ljocht
FIG. 2. Atoomstruktuerdiagram fan in, Td-WTe2; b. Bandstruktuer tichtby it Fermi-oerflak; (c) Band struktuer en relative bydragen fan atomic orbitalen ferdield lâns hege symmetryske linen yn de Brillouin regio, pylken (1) en (2) fertsjintwurdigje excitation tichtby of fier fan Weyl punten, respektivelik; d. Amplification fan band struktuer lâns de Gamma-X rjochting
FIG.3.ab: De relative interlayer beweging fan lineêr polarized ljocht polarization rjochting lâns de A-as en B-as fan it kristal, en de oerienkommende beweging modus wurdt yllustrearre; C. Fergeliking tusken teoretyske simulaasje en eksperimintele observaasje; de: Symmetry-evolúsje fan it systeem en de posysje, oantal en skiedingsgraad fan de twa tichtstbyste Weyl-punten yn it kz=0-flak
FIG. 4. Fototopologyske faze-oergong yn Td-WTe2 foar lineêr polarisearre ljochtfoton-enerzjy (?) ω) en polarisaasjerjochting (θ) ôfhinklik fazediagram
Post tiid: Sep-25-2023