tomonidan boshqariladigan Vayl kvazipartikullarining ultra tez harakatini o'rganishda yutuqlarga erishildilazerlar
So'nggi yillarda topologik kvant holatlari va topologik kvant materiallari bo'yicha nazariy va eksperimental tadqiqotlar kondensatsiyalangan moddalar fizikasi sohasida dolzarb mavzuga aylandi. Modda tasnifining yangi kontseptsiyasi sifatida topologik tartib, simmetriya singari, kondensatsiyalangan moddalar fizikasida asosiy tushuncha hisoblanadi. Topologiyani chuqur tushunish kondensatsiyalangan moddalar fizikasidagi asosiy muammolar, masalan, asosiy elektron tuzilishi bilan bog'liq.kvant fazalari, kvant faza o'tishlari va kvant fazalarida ko'plab immobilizatsiyalangan elementlarning qo'zg'alishi. Topologik materiallarda elektronlar, fononlar va spin kabi ko'plab erkinlik darajalari o'rtasidagi bog'liqlik material xususiyatlarini tushunish va tartibga solishda hal qiluvchi rol o'ynaydi. Yorug'lik qo'zg'alishi turli o'zaro ta'sirlarni farqlash va moddaning holatini boshqarish uchun ishlatilishi mumkin va shundan so'ng 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 xatti-harakati va ularning mikroskopik atom tuzilishi va elektron xususiyatlari o'rtasidagi bog'liqlik tadqiqot maqsadiga aylandi.
Topologik materiallarning fotoelektrik reaksiya xatti-harakati uning mikroskopik elektron tuzilishi bilan chambarchas bog'liq. Topologik yarim metallar uchun, polosali kesishma yaqinidagi tashuvchi qo'zg'alishi tizimning to'lqin funksiyasi xususiyatlariga juda sezgir. Topologik yarim metallardagi chiziqli bo'lmagan optik hodisalarni o'rganish bizga tizimning qo'zg'algan holatlarining fizik xususiyatlarini yaxshiroq tushunishga yordam beradi va bu effektlardan ishlab chiqarishda foydalanish mumkinligi kutilmoqda.optik qurilmalarva kelajakda amaliy qo'llanmalarni taqdim etadigan quyosh batareyalarini loyihalash. Masalan, Weyl yarim metallida aylana shaklida qutblangan yorug'lik fotonini yutish spinning aylanishiga olib keladi va burchak momentumining saqlanishini ta'minlash uchun Weyl konusining ikkala tomonidagi elektron qo'zg'alishi aylana shaklida qutblangan yorug'lik tarqalish yo'nalishi bo'ylab assimetrik ravishda taqsimlanadi, bu xiral tanlov 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: unda impuls fazosi va real fazoda qo'zg'atilgan tashuvchilarning real vaqt dinamik ma'lumotlari yo'q va u vaqt bo'yicha aniqlangan eksperimental aniqlash usuli bilan to'g'ridan-to'g'ri taqqoslashni o'rnatolmaydi. Elektron-fononlar va foton-fononlar o'rtasidagi bog'liqlikni ko'rib chiqish mumkin emas. Va bu ma'lum fazaviy o'tishlarning sodir bo'lishi uchun juda muhimdir. Bundan tashqari, perturbatsiya nazariyasiga asoslangan ushbu nazariy tahlil kuchli yorug'lik maydoni ostidagi fizik jarayonlarni ko'rib chiqa olmaydi. Birinchi tamoyillarga asoslangan vaqtga bog'liq zichlikdagi funktsional molekulyar dinamika (TDDFT-MD) simulyatsiyasi yuqoridagi muammolarni hal qilishi mumkin.
Yaqinda, Xitoy Fanlar akademiyasi Fizika instituti/Pekin milliy konsentrlangan moddalar fizikasi tadqiqot markazining SF10 guruhining tadqiqotchisi Meng Sheng, doktoranturadan keyingi tadqiqotchi Guan Mengxue va doktorant Vang En rahbarligida, Pekin Texnologiya instituti professori Sun Jiatao bilan hamkorlikda, ular o'zlari ishlab chiqqan qo'zg'aluvchan holat dinamikasi simulyatsiyasi dasturi TDAP dan foydalandilar. Ikkinchi turdagi Weyl yarim metall WTe2 da ultra tez lazerga kvastipartikulyar qo'zg'alishning javob xususiyatlari o'rganildi.
Veyl nuqtasi yaqinidagi tashuvchilarning tanlab qo'zg'alishi atom orbital simmetriyasi va o'tishni tanlash qoidasi bilan aniqlanishi ko'rsatilgan, bu chiral qo'zg'alish uchun odatiy spin tanlash qoidasidan farq qiladi va uning qo'zg'alish yo'lini chiziqli qutblangan yorug'lik va foton energiyasining qutblanish yo'nalishini o'zgartirish orqali boshqarish mumkin (2-rasm).
Tashuvchilarning assimetrik qo'zg'alishi real fazoda turli yo'nalishlarda fototoklarni keltirib chiqaradi, bu esa tizimning qatlamlararo siljishining yo'nalishi va simmetriyasiga ta'sir qiladi. WTe2 ning topologik xususiyatlari, masalan, Weyl nuqtalari soni va impuls fazosidagi ajralish darajasi, tizimning simmetriyasiga juda bog'liq bo'lganligi sababli (3-rasm), tashuvchilarning assimetrik qo'zg'alishi Weyl kvastipartikullarining impuls fazosida turlicha xatti-harakatlariga va tizimning topologik xususiyatlarida mos keladigan o'zgarishlarga olib keladi. Shunday qilib, tadqiqot fototopologik fazaviy o'tishlar uchun aniq fazaviy diagrammani taqdim etadi (4-rasm).
Natijalar shuni ko'rsatadiki, Veyl nuqtasi yaqinidagi tashuvchilarning qo'zg'alishining xiralligiga e'tibor qaratish va to'lqin funktsiyasining atom orbital xususiyatlarini tahlil qilish kerak. Ikkalasining ta'siri o'xshash, ammo mexanizmi aniq farq qiladi, bu esa Veyl nuqtalarining singularligini tushuntirish uchun nazariy asos yaratadi. Bundan tashqari, ushbu tadqiqotda qo'llanilgan hisoblash usuli atom va elektron darajalaridagi murakkab o'zaro ta'sirlar va dinamik xatti-harakatlarni juda tez vaqt shkalasida chuqur tushunishi, ularning mikrofizik mexanizmlarini ochib berishi mumkin va topologik materiallarda chiziqli bo'lmagan optik hodisalar bo'yicha kelajakdagi tadqiqotlar uchun kuchli vosita bo'lishi kutilmoqda.
Natijalar Nature Communications jurnalida chop etilgan. Tadqiqot ishlari Milliy asosiy tadqiqotlar va rivojlanish rejasi, Milliy tabiiy fanlar jamg'armasi va Xitoy Fanlar akademiyasining strategik sinov loyihasi (B toifasi) tomonidan qo'llab-quvvatlanadi.
1.a-rasm. Dumaloq polyarizatsiyalangan yorug'lik ostida musbat chirallik belgisi (χ=+1) bo'lgan Veyl nuqtalari uchun chirallikni tanlash qoidasi; b ning Veyl nuqtasida atom orbital simmetriyasi tufayli tanlab qo'zg'alish. Onlayn polyarizatsiyalangan yorug'likda χ=+1.
2-rasm. a, Td-WTe2 ning atom tuzilishi diagrammasi; b. Fermi yuzasi yaqinidagi tasma tuzilishi; (c) Brillouin mintaqasida yuqori simmetrik chiziqlar bo'ylab tarqalgan tasma tuzilishi va atom orbitallarining nisbiy hissasi, (1) va (2) strelkalar mos ravishda Weyl nuqtalariga yaqin yoki uzoqdagi qo'zg'alishni ifodalaydi; d. Gamma-X yo'nalishi bo'ylab tasma tuzilishining kuchayishi
3.ab-rasm: Kristallning A o'qi va B o'qi bo'ylab chiziqli qutblangan yorug'lik qutblanish yo'nalishining qatlamlararo nisbiy harakati va unga mos keladigan harakat rejimi ko'rsatilgan; C. Nazariy simulyatsiya va eksperimental kuzatuv o'rtasidagi taqqoslash; de: Tizimning simmetriya evolyutsiyasi va kz=0 tekislikdagi ikkita eng yaqin Weyl nuqtalarining holati, soni va ajralish darajasi.
4-rasm. Chiziqli polyarizatsiyalangan yorug'lik foton energiyasi (?) ω) va polyarizatsiya yo'nalishiga (θ) bog'liq faza diagrammasi uchun Td-WTe2 da fototopologik fazaviy o'tish
Nashr vaqti: 2023-yil 25-sentabr