Ir panākts progress, izpētot lāzeru kontrolēto Weil Quasiparticles ultraātas kustības

Ir panākts progress, pētot Veil Quasiparticles ultraātas kustībaslāzeri

Pēdējos gados teorētiskie un eksperimentālie pētījumi par topoloģiskajiem kvantu stāvokļiem un topoloģiskajiem kvantu materiāliem ir kļuvis par karstu tēmu kondensētās vielas fizikas jomā. Kā jauns matērijas klasifikācijas jēdziens, topoloģiskā kārtība, piemēram, simetrija, ir būtiska koncepcija kondensētās vielas fizikā. Dziļa topoloģijas izpratne ir saistīta ar pamata problēmām kondensētās vielas fizikā, piemēram, ar pamata elektronisko struktūrukvantu fāzes, daudzu imobilizētu elementu kvantu fāzes pārejas kvantu fāzēs. Topoloģiskos materiālos sakabe starp daudzām brīvības pakāpēm, piemēram, elektroniem, fononiem un griešanās, ir izšķiroša loma materiālu īpašību izpratnē un regulēšanā. Gaismas ierosmi var izmantot, lai atšķirtu atšķirīgu mijiedarbību un manipulētu ar matērijas stāvokli, un informāciju par materiāla pamata fizikālām īpašībām, strukturālās fāzes pārejām un jauniem kvantu stāvokļiem var iegūt. Pašlaik saistība starp gaismas lauka virzīto topoloģisko materiālu makroskopisko izturēšanos un to mikroskopisko atomu struktūru un elektroniskajām īpašībām ir kļuvusi par pētniecības mērķi.

Topoloģisko materiālu fotoelektriskās reakcijas izturēšanās ir cieši saistīta ar tā mikroskopisko elektronisko struktūru. Topoloģiskajiem daļēji metāliem nesēja ierosme netālu no joslas krustojuma ir ļoti jutīga pret sistēmas viļņu funkcijas īpašībām. Nelineāru optisko parādību izpēte topoloģiskajos pusmetālos var mums palīdzēt labāk izprast sistēmas satraukto stāvokļu fizikālās īpašības, un ir paredzams, ka šos efektus var izmantot, ražojotoptiskās ierīcesun saules bateriju dizains, nodrošinot potenciālu praktisku pielietojumu nākotnē. Piemēram, Veilijas daļēji metālā, absorbējot apļveida polarizētas gaismas fotonu, spin apgriezties, un, lai sasniegtu leņķa impulsa saglabāšanu, elektronu ierosme abās Veilas konusa pusēs tiks asimetriski sadalīta līdzi līdzās, sadalot līdzās abās pusēs. Apļveida polarizētās gaismas izplatīšanās virziens, ko sauc par hirālās atlases noteikumu (1. attēls).

Topoloģisko materiālu nelineāru optisko parādību teorētiskajā pētījumā parasti tiek izmantota metode, kā apvienot materiālo zemes stāvokļa īpašību un simetrijas analīzi. Tomēr šai metodei ir daži defekti: tai trūkst reāllaika dinamiskās informācijas par satrauktiem nesējiem impulsa telpā un reālā telpā, un tā nevar izveidot tiešu salīdzinājumu ar laika izšķirtu eksperimentālās noteikšanas metodi. Nevar apsvērt savienojumu starp elektroniem un fotonu-phononiem. Un tas ir ļoti svarīgi, lai notiktu noteiktas fāzes pārejas. Turklāt šī teorētiskā analīze, kas balstīta uz perturbācijas teoriju, nevar tikt galā ar fiziskajiem procesiem zem spēcīgā gaismas lauka. No laika atkarīgā blīvuma funkcionālās molekulārās dinamikas (TDDFT-MD) simulācija, pamatojoties uz pirmajiem principiem, var atrisināt iepriekšminētās problēmas.

Nesen pētnieka Menga Šenga vadībā, pēcdoktorantūras pētnieks Guans Mengxue un Ķīnas Zinātņu akadēmijas/Pekinas Nacionālā pētniecības centra Fizikas institūta Valsts galvenās laboratorijas SF10 grupas doktorants Vangs EN. Fizika sadarbībā ar Pekinas Tehnoloģiju institūta profesoru Sun Jiatao viņi izmantoja pašattīstīto satraukto stāvokļa dinamikas simulācijas programmatūru TDAP. Tiek pētītas kvastipartiklu ierosmes reakcijas raksturlielumi uz īpaši ātru lāzeru otrā veida daļēji metāla WTE2.

Ir pierādīts, ka selektīvo nesēju ierosmi netālu no Veilas punkta nosaka ar atomu orbītas simetriju un pārejas atlases noteikumu, kas atšķiras no parastā spin atlases noteikuma hirālai ierosināšanai, un tā ierosmes ceļu var kontrolēt, mainot polarizācijas virzienu, mainot polarizācijas virzienu lineāri polarizētas gaismas un fotonu enerģijas (2. att.).

Pārvadātāju asimetriskā ierosme izraisa fotokronorus dažādos virzienos reālā telpā, kas ietekmē sistēmas starpslāņu slīdēšanas virzienu un simetriju. Tā kā WTE2 topoloģiskās īpašības, piemēram, weyl punktu skaits un atdalīšanas pakāpe impulsa telpā, ir ļoti atkarīgas no sistēmas simetrijas (3. attēls), nesimetriskā nesēju ierosināšana radīs atšķirīgu weyl izturēšanos Quastiparticles impulsa telpā un atbilstošās izmaiņas sistēmas topoloģiskajās īpašībās. Tādējādi pētījums nodrošina skaidru fāzes diagrammu fototopoloģiskās fāzes pārejām (4. attēls).

Rezultāti rāda, ka pārvadātāja ierosmes chirality netālu no Veilas punkta jāpievērš uzmanība, un jāanalizē viļņu funkcijas atomu orbītas īpašības. Abu ietekme ir līdzīga, bet mehānisms acīmredzami ir atšķirīgs, kas nodrošina teorētisku pamatu, lai izskaidrotu Veilas punktu singularitāti. Turklāt šajā pētījumā izmantotā skaitļošanas metode var dziļi izprast sarežģīto mijiedarbību un dinamisko izturēšanos atomu un elektroniskos līmeņos īpaši ātrā laika skalā, atklāt to mikrofizikālos mehānismus un paredzams, ka tā būs spēcīgs instruments turpmākajiem pētījumiem Nelineāras optiskās parādības topoloģiskajos materiālos.

Rezultāti ir žurnālā Nature Communications. Pētniecības darbu atbalsta Nacionālais galvenais pētniecības un attīstības plāns, Nacionālais dabaszinātņu fonds un Ķīnas Zinātņu akadēmijas stratēģiskais izmēģinājuma projekts (B kategorija).

1. att.A. Chirality atlases noteikums Veilam punktiem ar pozitīvu hiralitātes zīmi (χ =+1) zem apļveida polarizētas gaismas; Selektīva ierosme atomu orbitālas simetrijas dēļ b. χ =+1 tiešsaistē polarizētā gaismā

Fig. 2. A, TD-WTE2 atomu struktūras diagramma; b. Joslu struktūra netālu no Fermi virsmas; c) Atomu orbitāļu joslu struktūra un relatīvais ieguldījums, kas sadalīts gar augstām simetriskām līnijām Brilloinas reģionā, bultiņas (1) un (2) apzīmē ierosmi attiecīgi vai tālu no Veilas punktiem; D. Joslu struktūras pastiprināšana gar gamma-x virzienu

3.AB: Lineāri polarizētās gaismas polarizācijas virziena relatīvā starpslāņu kustība gar kristāla A asi un B asi, un atbilstošais kustības režīms ir parādīts; C. Teorētiskās simulācijas un eksperimentālās novērošanas salīdzinājums; DE: Sistēmas simetrijas evolūcija un divu tuvāko Veilas punktu pozīcija, skaitlis un pakāpe KZ = 0 plaknē

Fig. 4. Fototopoloģiskās fāzes pāreja TD-WTE2 lineāri polarizētas gaismas fotonu enerģijas (?) Ω) un polarizācijas virzienā (θ) atkarīgā fāzes diagramma