S -au înregistrat progrese în studiul mișcării ultrarapate a cvasiparticulelor Weil controlate de lasere

S -au înregistrat progrese în studiul mișcării ultrarapate a cvasiparticulelor Weil controlate delasere

În ultimii ani, cercetarea teoretică și experimentală asupra stărilor cuantice topologice și a materialelor cuantice topologice au devenit un subiect fierbinte în domeniul fizicii materiei condensate. Ca un nou concept de clasificare a materiei, ordinea topologică, precum simetria, este un concept fundamental în fizica materiei condensate. O înțelegere profundă a topologiei este legată de problemele de bază în fizica materiei condensate, cum ar fi structura electronică de bază aFaze cuantice, tranzițiile cu fază cuantică și excitația multor elemente imobilizate în fazele cuantice. În materiale topologice, cuplarea dintre multe grade de libertate, cum ar fi electroni, fononi și spin, joacă un rol decisiv în înțelegerea și reglarea proprietăților materiale. Excitația ușoară poate fi utilizată pentru a distinge între diferite interacțiuni și pentru a manipula starea materiei, iar informațiile despre proprietățile fizice de bază ale materialului, tranzițiile de fază structurală și noile stări cuantice pot fi apoi obținute. În prezent, relația dintre comportamentul macroscopic al materialelor topologice conduse de câmpul luminos și structura lor atomică microscopică și proprietățile electronice a devenit un obiectiv de cercetare.

Comportamentul fotoelectric de răspuns al materialelor topologice este strâns legat de structura sa electronică microscopică. Pentru semi-metale topologice, excitația purtătorului de lângă intersecția benzii este extrem de sensibilă la caracteristicile funcției de undă ale sistemului. Studiul fenomenelor optice neliniare în semi-metale topologice ne poate ajuta să înțelegem mai bine proprietățile fizice ale stărilor excitate ale sistemului și este de așteptat ca aceste efecte să poată fi utilizate la fabricarea deDispozitive opticeși proiectarea celulelor solare, oferind potențiale aplicații practice în viitor. De exemplu, într-un semi-metal Weyl, absorbția unui foton de lumină polarizată circular va determina rotația să se întoarcă, iar pentru a face față conservării momentului unghiular, excitația electronică pe ambele părți ale conului Weyl va fi distribuită asimetric de-a lungul direcției propagatului de lumină polarizată circular, care se numește regula de selecție a chiralei (figura 1).

Studiul teoretic al fenomenelor optice neliniare ale materialelor topologice adoptă, de obicei, metoda de combinare a calculului proprietăților statului de sol și analiza simetriei. Cu toate acestea, această metodă are unele defecte: îi lipsește informațiile dinamice în timp real ale transportatorilor excitați în spațiul de impuls și spațiul real și nu poate stabili o comparație directă cu metoda de detectare experimentală rezolvată în timp. Nu poate fi luată în considerare cuplarea dintre electron-phononi și foton-phononi. Și acest lucru este crucial pentru anumite tranziții de fază. În plus, această analiză teoretică bazată pe teoria perturbației nu poate trata procesele fizice sub câmpul luminos puternic. Simularea moleculară funcțională de densitate dependentă de timp (TDDFT-MD) bazată pe primele principii poate rezolva problemele de mai sus.

Recent, sub îndrumarea cercetătorului Meng Sheng, cercetătorul postdoctoral Guan Mengxue și studentul de doctorat Wang en din grupul SF10 al laboratorului cheie de stat de fizică de suprafață a Institutului de Fizică a Academiei Chineze de Științe/Beijing Centrul Național de Cercetare pentru Physics Matter Concentrat, în colaborare cu profesorul Sun Jiatao ELIBED ELIBELOR ELIBEDELOR ELIBED STATUL BEIJING Institut Software de simulare dinamică TDAP. Sunt investigate caracteristicile de răspuns ale excitației quastiparticulelor la laserul ultrarapast în cel de-al doilea tip de WEYL SEMI-METAL WTE2.

S -a demonstrat că excitația selectivă a purtătorilor din apropierea punctului Weyl este determinată de simetria orbitală atomică și de regula de selecție a tranziției, care este diferită de regula obișnuită de selecție a spinului pentru excitația chirală, iar calea sa de excitație poate fi controlată prin schimbarea direcției de polarizare a energiei liniar polarizate și a energiei foton (Fig. 2).

Excitația asimetrică a transportatorilor induce fotocurente în direcții diferite în spațiul real, ceea ce afectează direcția și simetria alunecării inter -stratului sistemului. Deoarece proprietățile topologice ale WTE2, cum ar fi numărul de puncte WEYL și gradul de separare în spațiul de moment, sunt foarte dependente de simetria sistemului (Figura 3), excitația asimetrică a transportatorilor va aduce un comportament diferit al quastiparticulelor Weyl în spațiul de moment și modificările corespunzătoare în proprietățile topologice ale sistemului. Astfel, studiul oferă o diagramă de fază clară pentru tranzițiile de fază fototopologică (Figura 4).

Rezultatele arată că chiralitatea excitației purtătorului în apropierea punctului Weyl ar trebui să fie acordată atenție, iar proprietățile orbitale atomice ale funcției de undă ar trebui analizate. Efectele celor doi sunt similare, dar mecanismul este în mod evident diferit, ceea ce oferă o bază teoretică pentru explicarea singularității punctelor Weyl. În plus, metoda de calcul adoptată în acest studiu poate înțelege profund interacțiunile complexe și comportamentele dinamice la nivelurile atomice și electronice la o scară de timp super-rapidă, să-și dezvăluie mecanismele microfizice și este de așteptat să fie un instrument puternic pentru cercetările viitoare asupra fenomenelor optice neliniare din materialele topologice.

Rezultatele sunt în jurnalul Nature Communications. Lucrările de cercetare sunt susținute de Planul Național de Cercetare și Dezvoltare cheie, Fundația Națională de Științe Naturale și Proiectul Pilot Strategic (Categoria B) a Academiei Chineze de Științe.

Fig.1.A. Regula de selecție a chiralității pentru punctele Weyl cu semn de chiralitate pozitivă (χ =+1) sub lumină polarizată circular; Excitație selectivă din cauza simetriei orbitale atomice la punctul Weyl din B. χ =+1 în lumina polarizată on-line

SMOCHIN. 2. Diagrama structurii atomice a A, TD-WTE2; b. Structura benzii în apropierea suprafeței Fermi; (c) Structura benzii și contribuțiile relative ale orbitalelor atomice distribuite de -a lungul liniilor simetrice înalte în regiunea Brillouin, săgețile (1) și (2) reprezintă excitație în apropierea sau, respectiv, departe de punctele Weyl; D. Amplificarea structurii benzii de-a lungul direcției gamma-X

Fig.3.ab: Mișcarea relativă a intermediarului a direcției de polarizare a luminii polarizate liniar de-a lungul axei A și a axei B a cristalului, iar modul de mișcare corespunzător este ilustrat; C. Comparație între simularea teoretică și observația experimentală; DE: Evoluția simetriei sistemului și poziția, numărul și gradul de separare a celor două cele mai apropiate puncte Weyl în planul KZ = 0

SMOCHIN. 4. Tranziția fazei fototopologice în TD-WTE2 pentru energie fotoni ușoară polarizată liniar (?) Ω) și direcția de polarizare (θ) Diagrama de fază dependentă