тарабынан башкарылуучу Вейл квазибөлүкчөлөрүнүн өтө тез кыймылын изилдөөдө ийгиликтерге жетишилди.лазерлер
Акыркы жылдары топологиялык кванттык абалдар жана топологиялык кванттык материалдар боюнча теориялык жана эксперименталдык изилдөөлөр конденсацияланган зат физикасы жаатында актуалдуу темага айланды. Заттарды классификациялоонун жаңы концепциясы катары топологиялык тартип, симметрия сыяктуу эле, конденсацияланган зат физикасындагы фундаменталдык түшүнүк болуп саналат. Топологияны терең түшүнүү конденсацияланган зат физикасындагы негизги көйгөйлөргө, мисалы, негизги электрондук түзүлүшкө байланыштуу.кванттык фазалар, кванттык фазалык өтүүлөр жана кванттык фазалардагы көптөгөн иммобилизацияланган элементтердин дүүлүктүрүлүшү. Топологиялык материалдарда электрондор, фонондор жана спин сыяктуу көптөгөн эркиндик даражаларынын ортосундагы байланыш материалдык касиеттерди түшүнүүдө жана жөнгө салууда чечүүчү ролду ойнойт. Жарыктын дүүлүктүрүүсү ар кандай өз ара аракеттенүүлөрдү айырмалоо жана заттын абалын манипуляциялоо үчүн колдонулушу мүмкүн, андан кийин материалдын негизги физикалык касиеттери, структуралык фазалык өтүүлөр жана жаңы кванттык абалдар жөнүндө маалымат алууга болот. Учурда жарык талаасы менен башкарылуучу топологиялык материалдардын макроскопиялык жүрүм-туруму менен алардын микроскопиялык атомдук түзүлүшү жана электрондук касиеттеринин ортосундагы байланыш изилдөө максатына айланды.
Топологиялык материалдардын фотоэлектрдик жооп берүү жүрүм-туруму анын микроскопиялык электрондук түзүлүшү менен тыгыз байланыштуу. Топологиялык жарым металлдар үчүн тилке кесилишинин жанындагы алып жүрүүчүнүн козголушу системанын толкун функциясынын мүнөздөмөлөрүнө өтө сезгич келет. Топологиялык жарым металлдардагы сызыктуу эмес оптикалык кубулуштарды изилдөө бизге системанын дүүлүккөн абалдарынын физикалык касиеттерин жакшыраак түшүнүүгө жардам берет жана бул эффекттерди өндүрүүдө колдонсо болот деп күтүлүүдө.оптикалык түзүлүштөржана келечектеги практикалык колдонмолорду камсыз кылган күн батареяларын долбоорлоо. Мисалы, Вейл жарым металлында тегерек поляризацияланган жарыктын фотонун сиңирүү спиндин өзгөрүшүнө алып келет жана бурчтук импульстун сакталышын камсыз кылуу үчүн Вейл конусунун эки тарабындагы электрондордун козголушу тегерек поляризацияланган жарыктын таралуу багыты боюнча асимметриялык түрдө бөлүштүрүлөт, бул хиралдык тандоо эрежеси деп аталат (1-сүрөт).
Топологиялык материалдардын сызыктуу эмес оптикалык кубулуштарын теориялык изилдөө, адатта, материалдын негизги абалынын касиеттерин эсептөөнү жана симметрия анализин айкалыштыруу ыкмасын колдонот. Бирок, бул ыкманын кээ бир кемчиликтери бар: анда импульс мейкиндигиндеги жана реалдуу мейкиндиктеги дүүлүккөн алып жүрүүчүлөрдүн реалдуу убакыттагы динамикалык маалыматы жок жана убакыт менен чечилген эксперименталдык аныктоо ыкмасы менен түз салыштырууну орното албайт. Электрон-фонондор менен фотон-фонондордун ортосундагы байланышты кароого болбойт. Жана бул белгилүү бир фазалык өткөөлдөрдүн болушу үчүн абдан маанилүү. Мындан тышкары, пертурбация теориясына негизделген бул теориялык анализ күчтүү жарык талаасынын астындагы физикалык процесстерди карай албайт. Биринчи принциптерге негизделген убакытка көз каранды тыгыздыктагы функционалдык молекулярдык динамиканы (TDDFT-MD) симуляциялоо жогорудагы маселелерди чече алат.
Жакында эле, Кытай Илимдер Академиясынын Физика институтунун/Пекиндин Улуттук Концентрацияланган Зат Физикасы Изилдөө Борборунун Мамлекеттик Беттик Физика Лабораториясынын SF10 тобунун изилдөөчүсү Мэн Шенг, постдокторант-изилдөөчү Гуань Менсюэ жана докторант Ван Эндин жетекчилиги астында, Пекин технология институтунун профессору Сунь Цзятао менен биргеликте, алар өздөрү иштеп чыккан дүүлүккөн абал динамикасын симуляциялоо программасын TDAP колдонушту. Экинчи түрдөгү Вейл жарым металл WTe2деги өтө тез лазерге квастибөлүкчөлөрдүн дүүлүктүрүлүшүнүн жооп мүнөздөмөлөрү изилденди.
Вейл чекитинин жанындагы ташуучулардын тандалма козголушу атомдук орбиталык симметрия жана өткөөл тандоо эрежеси менен аныкталаары көрсөтүлдү, ал хиралдык козголуунун кадимки спин тандоо эрежесинен айырмаланат жана анын козголуу жолун сызыктуу поляризацияланган жарык жана фотон энергиясынын поляризация багытын өзгөртүү менен башкарууга болот (2-сүрөт).
Ташуучулардын асимметриялык дүүлүктүрүлүшү реалдуу мейкиндикте ар кандай багыттагы фототокторду индукциялайт, бул системанын катмар аралык тайгалануусунун багытына жана симметриясына таасир этет. WTe2 топологиялык касиеттери, мисалы, Вейл чекиттеринин саны жана импульс мейкиндигиндеги бөлүнүү даражасы, системанын симметриясына абдан көз каранды болгондуктан (3-сүрөт), ташуучулардын асимметриялык дүүлүктүрүлүшү Вейл квастибөлүкчөлөрүнүн импульс мейкиндигиндеги ар кандай жүрүм-турумуна жана системанын топологиялык касиеттериндеги тиешелүү өзгөрүүлөргө алып келет. Ошентип, изилдөө фототопологиялык фазалык өтүүлөр үчүн так фазалык диаграмманы берет (4-сүрөт).
Жыйынтыктар Вейл чекитинин жанындагы ташуучулардын козголушунун хиралдыктыгына көңүл буруу керектигин жана толкун функциясынын атомдук орбиталдык касиеттерин талдоо керектигин көрсөтүп турат. Экөөнүн таасири окшош, бирок механизми ар башка, бул Вейл чекиттеринин сингулярдуулугун түшүндүрүү үчүн теориялык негиз түзөт. Мындан тышкары, бул изилдөөдө колдонулган эсептөө ыкмасы өтө тез убакыт масштабында атомдук жана электрондук деңгээлдеги татаал өз ара аракеттенүүлөрдү жана динамикалык жүрүм-турумдарды терең түшүнүүгө, алардын микрофизикалык механизмдерин ачууга мүмкүндүк берет жана топологиялык материалдардагы сызыктуу эмес оптикалык кубулуштар боюнча келечектеги изилдөөлөр үчүн күчтүү курал болот деп күтүлүүдө.
Жыйынтыктар Nature Communications журналында жарыяланган. Изилдөө иши Улуттук негизги изилдөө жана өнүктүрүү планы, Улуттук жаратылыш таануу фонду жана Кытай Илимдер академиясынын Стратегиялык пилоттук долбоору (В категориясы) тарабынан колдоого алынган.
СҮРӨТ 1.a. Тегерек поляризацияланган жарыкта оң хиралдык белгиси (χ=+1) болгон Вейл чекиттери үчүн хиралдыкты тандоо эрежеси; b. Вейл чекитиндеги атомдук орбиталдык симметриядан улам тандалма дүүлүктүрүү. Онлайн поляризацияланган жарыкта χ=+1.
СҮРӨТ 2. a, Td-WTe2 атомдук түзүлүшүнүн диаграммасы; b. Ферми бетине жакын тилке түзүлүшү; (c) Бриллюэн аймагындагы жогорку симметриялуу сызыктар боюнча бөлүштүрүлгөн тилке түзүлүшү жана атомдук орбиталдардын салыштырмалуу салымдары, жебелер (1) жана (2) тиешелүүлүгүнө жараша Вейл чекиттерине жакын же алыс дүүлүктүрүүнү билдирет; d. Гамма-X багыты боюнча тилке түзүлүшүнүн күчөшү
СҮРӨТ 3.ab: Кристаллдын А жана В огу боюнча сызыктуу поляризацияланган жарыктын поляризация багытынын катмар аралык салыштырмалуу кыймылы жана ага тиешелүү кыймыл режими көрсөтүлгөн; C. Теориялык симуляция менен эксперименталдык байкоону салыштыруу; de: Системанын симметриялуу эволюциясы жана kz=0 тегиздигиндеги эки эң жакын Вейл чекитинин абалы, саны жана бөлүнүү даражасы.
СҮРӨТ 4. Сызыктуу поляризацияланган жарык фотон энергиясы (?) ω) жана поляризация багыты (θ) көз каранды фазалык диаграммасы үчүн Td-WTe2деги фототопологиялык фазалык өтүү
Жарыяланган убактысы: 2023-жылдын 25-сентябры