Poczyniono postępy w badaniu ultraszybkiego ruchu quasiparclesów kontrolowanych przezLasery
W ostatnich latach teoretyczne i eksperymentalne badania nad stanami kwantowymi topologicznymi i topologiczne materiały kwantowe stały się gorącym tematem w dziedzinie fizyki skondensowanej materii. Jako nowa koncepcja klasyfikacji materii porządek topologiczny, podobnie jak symetria, jest podstawową koncepcją fizyki skondensowanej materii. Głębokie zrozumienie topologii jest związane z podstawowymi problemami w fizyce materii kondensowanej, takich jak podstawowa struktura elektronicznaFazy kwantowe, przejścia fazowe kwantowe i wzbudzenie wielu unieruchomionych pierwiastków w fazach kwantowych. W materiałach topologicznych sprzężenie między wieloma stopniami swobody, takimi jak elektrony, fonony i spin, odgrywa decydującą rolę w rozumieniu i regulacji właściwości materialnych. Wzbudzenie światła można wykorzystać do rozróżnienia między różnymi interakcjami i manipulowaniem stanem materii oraz informacji o podstawowych właściwościach fizycznych materiału, przejściach fazowych strukturalnych, a następnie można uzyskać nowe stany kwantowe. Obecnie związek między makroskopowym zachowaniem materiałów topologicznych napędzanych przez pole światła a ich mikroskopową strukturą atomową i właściwościami elektronicznymi stał się celem badawczym.
Zachowanie reakcji fotoelektrycznej materiałów topologicznych jest ściśle związane z mikroskopijną strukturą elektroniczną. W przypadku pół-metalów topologicznych wzbudzenie nośnika w pobliżu przecięcia pasma jest bardzo wrażliwe na charakterystykę funkcji fali systemu. Badanie nieliniowych zjawisk optycznych w półmetalach topologicznych może pomóc nam lepiej zrozumieć fizyczne właściwości stanów wzbudzonych systemu i oczekuje się, że efekty te można zastosować w produkcjiurządzenia optyczneoraz projekt ogniw słonecznych, zapewniając potencjalne praktyczne zastosowania w przyszłości. Na przykład w półmetalu Weylu pochłanianie fotonu okrągłego spolaryzowanego światła spowoduje odwrócenie spinu, a aby sprostać zachowaniu pędu kątowego, wzbudzenie elektronowe po obu stronach stożka Weylu będzie asymetrycznie rozmieszczone wzdłuż kierunku okrągłego spolaryzowanego propagacji światła, co nazywa się chiral (ryc. 1).
Teoretyczne badanie nieliniowych zjawisk optycznych materiałów topologicznych zwykle przyjmuje metodę łączenia obliczeń właściwości stanu podstawowego i analizy symetrii. Jednak ta metoda ma pewne wady: brakuje jej dynamicznych informacji w czasie rzeczywistym podekscytowanych przewoźników w przestrzeni pędu i realnej przestrzeni i nie może ustalić bezpośredniego porównania z metodą wykrywania eksperymentalnego rozdzielonego czasu. Nie można wziąć pod uwagę sprzężenia między fononami elektronów a foton-fononami. I ma to kluczowe znaczenie dla niektórych przejść fazowych. Ponadto ta teoretyczna analiza oparta na teorii perturbacji nie może poradzić sobie z procesami fizycznymi w polu silnego światła. Zależna od czasu symulacja funkcjonalnej dynamiki molekularnej (TDDFT-MD) oparta na pierwszych zasadach może rozwiązać powyższe problemy.
Ostatnio, pod kierunkiem badacza Meng Shenga, badacza doktorantów Guan Mengxue i doktorant Wang en z grupy SF10 Grupy State Key Laboratory of Surface Physics of Institute of Physics of Chiness of Sciences/Beijing National Research Center for Concented Matters Fizyka, we współpracy z profesorem Sun Jiatao. Oprogramowanie TDAP. Badane są charakterystyka odpowiedzi wzbudzenia kwadpiejści do ultraszybkiego lasera w drugim rodzaju półmetalu Weyl WTE2.
Wykazano, że selektywne wzbudzenie nośników w pobliżu punktu Weyl jest określone przez atomową symetrię orbity i regułę wyboru przejścia, która różni się od zwykłej reguły wyboru wirowania dla chiralnego wzbudzenia, a jego ścieżkę wzbudzenia można kontrolować poprzez zmianę kierunku polaryzacji liniowo spolaryzowanej energii światła i fotonu (ryc. 2).
Asymetryczne wzbudzenie nośników indukuje fotokurenty w różnych kierunkach w przestrzeni rzeczywistej, co wpływa na kierunek i symetrię poślizgu międzywarstwowego systemu. Ponieważ właściwości topologiczne WTE2, takie jak liczba punktów Weyl i stopień separacji w przestrzeni pędu, są wysoce zależne od symetrii układu (ryc. 3), asymetryczne wzbudzenie nośników spowoduje różne zachowanie quastiparii Weylu w przestrzeni pędu i odpowiadają zmianom topologicznym systemu. Zatem badanie stanowi wyraźny schemat fazowy dla przejść fazy fototopologicznej (ryc. 4).
Wyniki pokazują, że należy zwrócić uwagę na chiralność wzbudzenia nośnika w pobliżu Weyl Point i należy przeanalizować atomowe właściwości orbitalne funkcji fali. Efekty tych dwóch są podobne, ale mechanizm jest oczywiście inny, co stanowi teoretyczną podstawę do wyjaśnienia osobliwości punktów Weyl. Ponadto metoda obliczeniowa przyjęta w tym badaniu może głęboko zrozumieć złożone interakcje i zachowania dynamiczne na poziomach atomowych i elektronicznych w super szybkim skali czasowej, ujawniają ich mechanizmy mikrofizyczne i oczekuje się, że będzie potężnym narzędziem do przyszłych badań nad nieliniowymi zjawiskami optycznymi w materiałach topologicznych.
Wyniki są w czasopiśmie Nature Communications. Prace badawcze są wspierane przez National Key Research and Development Plan, National Natural Science Foundation i strategiczny projekt pilotażowy (kategoria B) chińskiej Akademii Nauk.
Ryc. 1.A. Reguła wyboru chiralności dla punktów Weyl z dodatnim znakiem chiralności (χ =+1) przy okrągłym spolaryzowanym świetle; Selektywne wzbudzenie z powodu atomowej symetrii orbity w punkcie Weyl B. χ =+1 w spolaryzowanym świetle on-line
FIGA. 2. Schemat struktury atomowej A, TD-WTE2; B. Struktura pasma w pobliżu powierzchni Fermi; (c) Struktura pasma i względny udział orbitali atomowych rozmieszczonych wzdłuż wysokich linii symetrycznych w regionie Brillouin, strzałki (1) i (2) reprezentują wzbudzenie odpowiednio blisko lub daleko od punktów Weyl; D. Wzmocnienie struktury pasma wzdłuż kierunku gamma-X
Ryc. 3. AB: Względny ruch międzywarstwowy liniowo spolaryzowanego kierunku polaryzacji światła wzdłuż osi A i osi B kryształu i ilustruje odpowiedni tryb ruchu; C. Porównanie symulacji teoretycznej i obserwacji eksperymentalnej; DE: Ewolucja symetrii systemu oraz pozycja, liczba i stopień oddzielenia dwóch najbliższych punktów Weyl w płaszczyźnie Kz = 0
FIGA. 4. Fototopologiczna przejście fazy w TD-WTE2 dla liniowo spolaryzowanej energii fotonu światła (?) Ω) i kierunku polaryzacji (θ) Schemat fazowy zależny
Czas postu: 25-2023 września