Vayl tomonidan boshqariladigan kvazizarralarning o'ta tez harakatini o'rganishda muvaffaqiyatga erishildilazerlar
So'nggi yillarda topologik kvant holatlari va topologik kvant materiallari bo'yicha nazariy va eksperimental tadqiqotlar kondensatsiyalangan moddalar fizikasi sohasida dolzarb mavzuga aylandi. Moddalarni tasniflashning yangi tushunchasi sifatida topologik tartib simmetriya kabi kondensatsiyalangan moddalar fizikasida asosiy tushunchadir. Topologiyani chuqur tushunish kondensatsiyalangan moddalar fizikasining asosiy muammolari, masalan, fizikaning asosiy elektron tuzilishi bilan bog'liq.kvant fazalari, kvant fazalariga o'tish va ko'plab immobilizatsiyalangan elementlarning kvant fazalarida qo'zg'alishi. Topologik materiallarda elektronlar, fononlar va spinlar kabi ko'plab erkinlik darajalari orasidagi bog'lanish material xususiyatlarini tushunish va tartibga solishda hal qiluvchi rol o'ynaydi. Yorug'lik qo'zg'alishi turli xil o'zaro ta'sirlarni farqlash va materiya holatini boshqarish uchun ishlatilishi mumkin va keyinchalik materialning asosiy fizik xususiyatlari, strukturaviy faza o'tishlari va yangi kvant holatlari haqida ma'lumot olish mumkin. Hozirgi vaqtda yorug'lik maydoni tomonidan boshqariladigan topologik materiallarning makroskopik harakati va ularning mikroskopik atom tuzilishi va elektron xususiyatlari o'rtasidagi bog'liqlik tadqiqot maqsadiga aylandi.
Topologik materiallarning fotoelektrik reaktsiyasi uning mikroskopik elektron tuzilishi bilan chambarchas bog'liq. Topologik yarim metallar uchun tarmoqli kesishmasi yaqinidagi tashuvchining qo'zg'alishi tizimning to'lqin funksiyasi xususiyatlariga juda sezgir. Topologik yarim metallardagi chiziqli bo'lmagan optik hodisalarni o'rganish bizga tizimning qo'zg'aluvchan holatlarining fizik xususiyatlarini yaxshiroq tushunishga yordam beradi va bu ta'sirlarni ishlab chiqarishda qo'llash mumkinligi kutilmoqda.optik qurilmalarva kelajakda potentsial amaliy qo'llanilishini ta'minlovchi quyosh xujayralari dizayni. Masalan, Veyl yarim metallida dumaloq qutblangan yorug'lik fotonni yutish spinning aylanishiga olib keladi va burchak momentumining saqlanishini qondirish uchun Veyl konusining har ikki tomonidagi elektron qo'zg'alish assimetrik tarzda taqsimlanadi. dumaloq qutblangan yorug'lik tarqalishining yo'nalishi, bu chiral tanlash qoidasi deb ataladi (1-rasm).
Topologik materiallarning chiziqli bo'lmagan optik hodisalarini nazariy o'rganish odatda materialning asosiy holati xususiyatlarini hisoblash va simmetriya tahlilini birlashtirish usulini qo'llaydi. Biroq, bu usulning ba'zi kamchiliklari bor: u impuls fazosida va real makonda qo'zg'atilgan tashuvchilarning real vaqtda dinamik ma'lumotlariga ega emas va vaqt bilan hal qilingan eksperimental aniqlash usuli bilan to'g'ridan-to'g'ri taqqoslashni o'rnatolmaydi. Elektron-fononlar va foton-fononlar o'rtasidagi bog'lanishni hisobga olish mumkin emas. Va bu ma'lum fazali o'tishlarning sodir bo'lishi uchun juda muhimdir. Bundan tashqari, buzilish nazariyasiga asoslangan ushbu nazariy tahlil kuchli yorug'lik maydoni ostidagi jismoniy jarayonlar bilan shug'ullana olmaydi. Birinchi tamoyillarga asoslangan vaqtga bog'liq zichlik funktsional molekulyar dinamikasi (TDDFT-MD) simulyatsiyasi yuqoridagi muammolarni hal qilishi mumkin.
Yaqinda tadqiqotchi Men Sheng, postdoktoral tadqiqotchi Guan Mengxue va doktorant Van En rahbarligida Xitoy Fanlar akademiyasi Fizika instituti Sirt fizikasi Davlat asosiy laboratoriyasining SF10 guruhining / Pekin konsentrlangan moddalar milliy tadqiqot markazi Fizika, Pekin texnologiya instituti professori Sun Jiatao bilan hamkorlikda TDAP o'z-o'zidan ishlab chiqilgan hayajonli holat dinamikasini simulyatsiya qilish dasturidan foydalangan. Weyl yarim metalli WTe2 ning ikkinchi turida ultratezkor lazerga kvastikulyar qo'zg'alishning javob xususiyatlari o'rganildi.
Veyl nuqtasi yaqinidagi tashuvchilarning selektiv qo'zg'alishi atom orbital simmetriyasi va o'tishni tanlash qoidasi bilan aniqlanishi ko'rsatilgan, bu xiral qo'zg'alish uchun odatiy spin tanlash qoidasidan farq qiladi va uning qo'zg'alish yo'lini qutblanish yo'nalishini o'zgartirish orqali boshqarish mumkin. chiziqli polarizatsiyalangan yorug'lik va foton energiyasi (2-rasm).
Tashuvchilarning assimetrik qo'zg'alishi real fazoda turli yo'nalishdagi fototoklarni keltirib chiqaradi, bu tizimning qatlamlararo sirpanish yo'nalishi va simmetriyasiga ta'sir qiladi. WTe2 ning topologik xususiyatlari, masalan, Veyl nuqtalarining soni va impuls fazosida ajralish darajasi tizimning simmetriyasiga juda bog'liq bo'lganligi sababli (3-rasm), tashuvchilarning assimetrik qo'zg'alishi Veylning turli xatti-harakatlariga olib keladi. impuls fazosidagi kvastizarralar va tizimning topologik xossalaridagi mos o'zgarishlar. Shunday qilib, tadqiqot fototopologik faza o'tishlari uchun aniq faza diagrammasini beradi (4-rasm).
Natijalar shuni ko'rsatadiki, Veyl nuqtasi yaqinidagi tashuvchi qo'zg'alishning xiralligiga e'tibor berish va to'lqin funktsiyasining atom orbital xususiyatlarini tahlil qilish kerak. Ikkalasining ta'siri o'xshash, ammo mexanizm aniq farq qiladi, bu Veyl nuqtalarining o'ziga xosligini tushuntirish uchun nazariy asos yaratadi. Bundan tashqari, ushbu tadqiqotda qabul qilingan hisoblash usuli atom va elektron darajadagi murakkab o'zaro ta'sirlar va dinamik xatti-harakatlarni juda tez vaqt oralig'ida chuqur tushunishi, ularning mikrofizik mexanizmlarini ochib berishi va kelajakdagi tadqiqotlar uchun kuchli vosita bo'lishi kutilmoqda. topologik materiallarda chiziqli bo'lmagan optik hodisalar.
Natijalar Nature Communications jurnalida. Tadqiqot ishlari Milliy asosiy tadqiqot va rivojlanish rejasi, Milliy tabiiy fanlar jamg'armasi va Xitoy Fanlar akademiyasining Strategik uchuvchi loyihasi (B toifasi) tomonidan qo'llab-quvvatlanadi.
1.a-shakl. Doiraviy qutblangan yorug'lik ostida ijobiy chirallik belgisi (ch=+1) bo'lgan Veyl nuqtalari uchun xirallik tanlash qoidasi; b ning Veyl nuqtasida atom orbital simmetriyasi tufayli tanlab qo'zg'alish. Onlayn qutblangan nurda ch=+1
ANJIR. 2. a ning atom tuzilishi diagrammasi, Td-WTe2; b. Fermi yuzasi yaqinidagi tarmoqli tuzilishi; (c) Brillouen mintaqasida yuqori nosimmetrik chiziqlar bo'ylab tarqalgan atom orbitallarining tarmoqli tuzilishi va nisbiy hissasi, strelkalar (1) va (2) mos ravishda Veyl nuqtalariga yaqin yoki uzoqda qo'zg'alishni ifodalaydi; d. Gamma-X yo'nalishi bo'yicha tarmoqli tuzilishini kuchaytirish
FIG.3.ab: kristallning A o'qi va B o'qi bo'ylab chiziqli polarizatsiyalangan yorug'lik polarizatsiyasi yo'nalishining nisbiy qatlamlararo harakati va mos keladigan harakat rejimi tasvirlangan; C. Nazariy simulyatsiya va eksperimental kuzatishni solishtirish; de: sistemaning simmetriya evolyutsiyasi va ikkita eng yaqin Veyl nuqtasining kz=0 tekisligidagi holati, soni va ajralish darajasi.
ANJIR. 4. Chiziqli polarizatsiyalangan yorug'lik foton energiyasi (?) ō) va qutblanish yo'nalishi (th) ga bog'liq bo'lgan faza diagrammasi uchun Td-WTe2 da fototopologik fazaga o'tish
Yuborilgan vaqt: 25-sentabr-2023