Progreso estis farita en la studo de ultrarapida moviĝo de Weil-kvazpartikloj kontrolitaj perlaseroj
En la lastaj jaroj, la teoria kaj eksperimenta esplorado pri topologiaj kvantumaj statoj kaj topologiaj kvantummaterialoj fariĝis varma temo en la kampo de densigita materiofiziko. Kiel nova koncepto de materioklasifiko, topologia ordo, kiel simetrio, estas fundamenta koncepto en densigita materiofiziko. Profunda kompreno de topologio estas rilatita al la bazaj problemoj en densigita materiofiziko, kiel ekzemple la baza elektronika strukturo dekvantumaj fazoj, kvantumfaztransiroj kaj ekscito de multaj senmovigitaj elementoj en kvantumfazoj. En topologiaj materialoj, la kunligo inter multaj gradoj da libereco, kiel ekzemple elektronoj, fononoj kaj spino, ludas decidan rolon en komprenado kaj reguligado de materialaj trajtoj. Luma ekscito povas esti uzita por distingi inter malsamaj interagoj kaj manipuli la staton de materio, kaj informoj pri la bazaj fizikaj trajtoj de la materialo, strukturaj faztransiroj, kaj novaj kvantumaj statoj tiam povas esti akiritaj. Nuntempe, la rilato inter makroskopa konduto de topologiaj materialoj pelitaj de luma kampo kaj ilia mikroskopa atomstrukturo kaj elektronikaj trajtoj fariĝis esplora celo.
La fotoelektra respondkonduto de topologiaj materialoj estas proksime rilatita al sia mikroskopa elektronika strukturo. Por topologiaj duonmetaloj, la portantekcito proksime de la grupintersekciĝo estas tre sentema al la ondfunkciokarakterizaĵoj de la sistemo. La studo de neliniaj optikaj fenomenoj en topologiaj duonmetaloj povas helpi nin pli bone kompreni la fizikajn trajtojn de la ekscititaj statoj de la sistemo, kaj estas atendite ke tiuj efikoj povas esti uzataj en la fabrikado deoptikaj aparatojkaj la dezajno de sunĉeloj, disponigante eblajn praktikajn aplikojn en la estonteco. Ekzemple, en Weyl-duonmetalo, absorbi fotonon de cirkle polarigita lumo igos la spinon renversi, kaj por renkonti la konservadon de angula movokvanto, la elektrona ekscito sur same flankoj de la Weyl-konuso estos malsimetrie distribuita laŭlonge. la direkto de la cirkle polarigita lumdisvastigo, kiu estas nomita la kirala elektregulo (Figuro 1).
La teoria studo de neliniaj optikaj fenomenoj de topologiaj materialoj kutime adoptas la metodon de kombinado de la kalkulo de materialaj bazstataj trajtoj kaj simetrianalizo. Tamen, ĉi tiu metodo havas kelkajn difektojn: al ĝi mankas la realtempaj dinamikaj informoj de ekscititaj aviad-kompanioj en impetspaco kaj reala spaco, kaj ĝi ne povas establi rektan komparon kun la temp-solvita eksperimenta detektometodo. La kuplado inter elektron-fononoj kaj foton-fononoj ne povas esti pripensita. Kaj ĉi tio estas decida por ke iuj fazaj transiroj okazu. Krome, ĉi tiu teoria analizo bazita sur perturba teorio ne povas trakti la fizikajn procezojn sub la forta lumkampo. La temp-dependa denseca funkcia molekula dinamiko (TDDFT-MD) simulado bazita sur unuaj principoj povas solvi ĉi-suprajn problemojn.
Lastatempe, sub gvido de esploristo Meng Sheng, postdoktoriĝa esploristo Guan Mengxue kaj doktora studento Wang En de la SF10-Grupo de la Ŝtata Ŝlosila Laboratorio de Surfaca Fiziko de la Instituto pri Fiziko de la Ĉina Akademio de Sciencoj/Pekina Nacia Esplorcentro pri Koncentra Materio. Fiziko, kunlabore kun profesoro Sun Jiatao de la Pekina Instituto de Teknologio, ili uzis la memevoluitan ekscititan ŝtatdinamikan simulan programaron TDAP. La respondkarakterizaĵoj de kvarpartikla ekscito al ultrarapida lasero en la dua speco de Weyl-duonmetala WTe2 estas esploritaj.
Estis montrite ke la selektema ekscito de aviad-kompanioj proksime de la Weyl-punkto estas determinita per atoma enorbita simetrio kaj transira selektadregulo, kiu estas diferenca de la kutima spina selektadregulo por kirala ekscito, kaj ĝia ekscitpado povas esti kontrolita ŝanĝante la polusiĝdirekton. de linie polarigita lumo kaj fotona energio (FIG. 2).
La nesimetria ekscito de aviad-kompanioj induktas fotofluojn en malsamaj indikoj en reala spaco, kiu influas la direkton kaj simetrion de la intertavola glito de la sistemo. Ĉar la topologiaj trajtoj de WTe2, kiel ekzemple la nombro da Weyl-punktoj kaj la grado da apartigo en la impetspaco, estas tre dependaj de la simetrio de la sistemo (Figuro 3), la malsimetria ekscito de portantoj kaŭzos malsaman konduton de Weyl. kvarpartikloj en la movokvanto kaj respondaj ŝanĝoj en la topologiaj trajtoj de la sistemo. Tiel, la studo disponigas klaran fazdiagramon por fototopologiaj faztransiroj (Figuro 4).
La rezultoj montras, ke la kiraleco de portanta ekscito proksime de Weyl-punkto devus esti atentita, kaj la atomorbitaj trajtoj de ondofunkcio devus esti analizitaj. La efikoj de la du estas similaj sed la mekanismo estas evidente malsama, kiu disponigas teorian bazon por klarigado de la neordinaraĵo de Weyl-punktoj. Krome, la komputila metodo adoptita en ĉi tiu studo povas profunde kompreni la kompleksajn interagojn kaj dinamikajn kondutojn sur la atomaj kaj elektronikaj niveloj en superrapida temposkalo, malkaŝi iliajn mikrofizikajn mekanismojn, kaj estas atendita esti potenca ilo por estonta esplorado pri neliniaj optikaj fenomenoj en topologiaj materialoj.
La rezultoj estas en la revuo Nature Communications. La esplorlaboro estas subtenata de la Nacia Ŝlosila Esplora kaj Disvolva Plano, la Nacia Naturscienca Fondaĵo kaj la Strategia Pilota Projekto (Kategorio B) de la Ĉina Akademio de Sciencoj.
FIG.1.a. La kiraleca elektregulo por Weyl-punktoj kun pozitiva kiraleca signo (χ=+1) sub cirkle polarigita lumo; Selektema ekscito pro atoma enorbita simetrio ĉe la Weyl-punkto de b. χ=+1 en interreta polarigita lumo
FIG. 2. Diagramo de atoma strukturo de a, Td-WTe2; b. Bandstrukturo proksime de la Fermi-surfaco; (c) Bandstrukturo kaj relativaj kontribuoj de atomorbitaloj distribuitaj laŭ altaj simetriaj linioj en la Brillouin-regiono, sagoj (1) kaj (2) reprezentas eksciton proksime aŭ malproksime de Weyl-punktoj, respektive; d. Plifortigo de grupstrukturo laŭ la Gama-X-direkto
FIG.3.ab: La relativa intertavola movo de linie polarigita lumo-polusiĝodirekto laŭ la A-akso kaj B-akso de la kristalo, kaj la responda mova reĝimo estas ilustrita; C. Komparo inter teoria simulado kaj eksperimenta observado; de: Simetrievoluo de la sistemo kaj la pozicio, nombro kaj grado de apartigo de la du plej proksimaj Weyl-punktoj en la kz=0 ebeno
FIG. 4. Fototopologia faztransiro en Td-WTe2 por linie polarigita lumfotona energio (?) ω) kaj polariza direkto (θ) dependa fazodiagramo
Afiŝtempo: Sep-25-2023