Вейл квазибөлүкчөлөрүнүн ультра ылдам кыймылын изилдөөдө прогресске жетишилдилазерлер
Акыркы жылдарда топологиялык кванттык абалдар жана топологиялык кванттык материалдар боюнча теориялык жана эксперименталдык изилдөөлөр конденсацияланган зат физикасы тармагында кызуу тема болуп калды.Заттарды классификациялоонун жаңы концепциясы катары топологиялык тартип симметрия сыяктуу конденсацияланган зат физикасында негизги түшүнүк болуп саналат.Топологияны терең түшүнүү конденсацияланган зат физикасынын негизги көйгөйлөрү менен байланышкан, мисалы, негизги электрондук түзүлүш.кванттык фазалар, кванттык фазалардын өтүшү жана кванттык фазалардагы көптөгөн кыймылсыз элементтердин дүүлүгүүсү.Топологиялык материалдарда электрондор, фонондор жана спин сыяктуу көптөгөн эркиндик даражаларынын ортосундагы байланыш материалдык касиеттерди түшүнүүдө жана жөнгө салууда чечүүчү роль ойнойт.Жарык дүүлүктүрүү ар кандай өз ара аракеттешүүлөрдү айырмалоо жана заттын абалын башкаруу үчүн колдонулушу мүмкүн, андан кийин материалдын негизги физикалык касиеттери, структуралык фазалык өтүүлөрү жана жаңы кванттык абалдары жөнүндө маалымат алууга болот.Азыркы учурда, жарык талаасы менен шартталган топологиялык материалдардын макроскопиялык жүрүм-туруму жана алардын микроскопиялык атомдук түзүлүшү жана электрондук касиеттери ортосундагы байланыш изилдөө максаты болуп калды.
Топологиялык материалдардын фотоэлектрдик жооп жүрүм-туруму анын микроскопиялык электрондук түзүлүшү менен тыгыз байланышта.Топологиялык жарым металлдар үчүн тилкелердин кесилишине жакын жердеги алып жүрүүчү дүүлүктүрүү системанын толкун функциясынын мүнөздөмөлөрүнө өтө сезгич келет.Топологиялык жарым металлдардагы сызыктуу эмес оптикалык кубулуштарды изилдөө системанын дүүлүккөн абалдарынын физикалык касиеттерин жакшыраак түшүнүүгө жардам берет жана бул эффекттерди өндүрүүдө колдонууга болот деп күтүлүүдө.оптикалык приборлоржана келечекте потенциалдуу практикалык колдонууну камсыз кылуучу күн батареяларынын дизайны.Мисалы, Вейл жарым металлында тегерек поляризацияланган жарыктын фотонунун жутулушу спиндин оодарылышына алып келет жана бурчтук импульстун сакталышын камсыз кылуу үчүн Вейл конусунун эки тарабындагы электрон дүүлүктүрүү асимметриялуу түрдө таралат. циркулярдык поляризацияланган жарыктын таралышынын багыты, ал хиралдык тандоо эрежеси деп аталат (1-сүрөт).
Топологиялык материалдардын сызыктуу эмес оптикалык кубулуштарын теориялык изилдөөдө, адатта, материалдык негизги абалдын касиеттерин эсептөө менен симметрия анализин бириктирүү ыкмасы колдонулат.Бирок, бул ыкманын кээ бир кемчиликтери бар: ал импульс мейкиндигинде жана реалдуу мейкиндикте толкунданган алып жүрүүчүлөрдүн реалдуу убакыт динамикалык маалыматына ээ эмес жана ал убакыт боюнча чечилген эксперименталдык аныктоо ыкмасы менен түз салыштырууну түзө албайт.Электрон-фонондор менен фотон-фонондордун ортосундагы байланышты кароого болбойт.Жана бул белгилүү фазалык өтүүлөрдүн болушу үчүн өтө маанилүү.Мындан тышкары, толкундоо теориясына негизделген бул теориялык талдоо күчтүү жарык талаасында физикалык процесстер менен күрөшө албайт.Биринчи принциптерге негизделген убакытка көз каранды тыгыздык функционалдык молекулярдык динамика (TDDFT-MD) симуляциясы жогорудагы маселелерди чече алат.
Жакында Кытай Илимдер Академиясынын Физика институтунун беттик физикасынын мамлекеттик негизги лабораториясынын SF10 тобунун изилдөөчүсү Мэн Шэндин, докторанттан кийинки изилдөөчү Гуан Мэнскюэдин жана докторант Ван Эндин жетекчилиги астында/Пекин Улуттук Концентрацияланган заттарды изилдөө борборунун Физика, Пекин технологиялык институтунун профессору Сун Цзятао менен биргелешип, алар TDAP өз алдынча иштелип чыккан толкунданган абалдын динамикасын симуляциялоо программасын колдонушкан.Weyl жарым металлынын WTe2 экинчи түрүндөгү ультра ылдам лазерге квастибөлүкчөлөрдүн дүүлүктүрүү реакциясынын мүнөздөмөлөрү изилденген.
Вейл чекитине жакын жердеги алып жүрүүчүлөрдүн тандалма дүүлүгүүсү атомдук орбиталык симметрия жана өтүү тандоо эрежеси менен аныктала тургандыгы, ал хиралдык дүүлүктүрүү үчүн кадимки спиндик тандоо эрежесинен айырмаланып, анын дүүлүктүрүү жолун поляризация багытын өзгөртүү менен башкарууга боло тургандыгы көрсөтүлгөн. сызыктуу поляризацияланган жарык жана фотон энергиясы (2-сүрөт).
Алып жүрүүчүлөрдүн асимметриялык дүүлүгүүсү реалдуу мейкиндикте ар түрдүү багыттагы фототокторду индукциялайт, бул системанын катмарлар аралык тайгынын багытына жана симметриясына таасирин тийгизет.Вейл чекиттеринин саны жана импульс мейкиндигиндеги бөлүнүү даражасы сыяктуу WTe2нин топологиялык касиеттери системанын симметриясына абдан көз каранды болгондуктан (3-сүрөт), алып жүрүүчүлөрдүн асимметриялык дүүлүгүүсү Вейлдин ар кандай жүрүм-турумуна алып келет. импульс мейкиндигиндеги квастибөлүкчөлөр жана системанын топологиялык касиеттериндеги тиешелүү өзгөрүүлөр.Ошентип, изилдөө фототопологиялык фазалык өтүүлөрдүн так фазалык диаграммасын берет (4-сүрөт).
Натыйжалар Вейл чекитине жакын жердеги ташуучу дүүлүктүрүүнүн хирралдуулугуна көңүл буруп, толкун функциясынын атомдук орбиталык касиеттерин талдоо керектигин көрсөтүп турат.Экөөнүн таасири окшош, бирок механизми ар башка, бул Вейл чекиттеринин өзгөчөлүгүн түшүндүрүү үчүн теориялык негизди берет.Мындан тышкары, бул изилдөөдө кабыл алынган эсептөө методу атомдук жана электрондук деңгээлдеги татаал өз ара аракеттенишүүнү жана динамикалык жүрүм-турумун супер-тез убакыт масштабында терең түшүнө алат, алардын микрофизикалык механизмдерин ачып бере алат жана келечектеги изилдөөлөр үчүн күчтүү курал болот деп күтүлүүдө. топологиялык материалдардагы сызыктуу эмес оптикалык кубулуштар.
Натыйжалар Nature Communications журналында.Изилдөө иши Улуттук Негизги Изилдөө жана Өнүктүрүү Планы, Улуттук Табигый Илим Фонду жана Кытай Илимдер Академиясынын Стратегиялык Пилот долбоору (Категория В) тарабынан колдоого алынат.
FIG.1.a.Тегерек поляризацияланган жарыктын астында оң хиралдуулук белгиси (χ=+1) болгон Вейл чекиттери үчүн хирралдуулукту тандоо эрежеси;б-нын Вейл чекитиндеги атомдук орбиталык симметриядан улам тандалма дүүлүгүү.Он-лайн поляризацияланган жарыкта χ=+1
FIG.2. a, Td-WTe2 атомдук түзүлүш диаграммасы;б.Ферми бетине жакын тилке түзүлүшү;(c) Бриллуен аймагындагы бийик симметриялык сызыктар боюнча таралган атомдук орбиталдардын тилкесинин түзүлүшү жана салыштырмалуу салымдары, жебелер (1) жана (2) тиешелүүлүгүнө жараша Вейл чекиттерине жакын же алыскы дүүлүктүрүүнү билдирет;г.Гамма-X багыты боюнча тилке структурасын күчөтүү
FIG.3.ab: кристаллдын А жана В огу боюнча сызыктуу поляризацияланган жарыктын поляризация багытынын катмар аралык салыштырмалуу кыймылы жана тиешелүү кыймыл режими сүрөттөлгөн;C. Теориялык симуляция менен эксперименталдык байкоону салыштыруу;де: системанын симметрия эволюциясы жана эки эң жакын Вейл чекиттеринин kz=0 тегиздигиндеги абалы, саны жана бөлүнүү даражасы
FIG.4. Сызыктуу поляризацияланган жарык фотонунун энергиясы (?) ω) жана поляризация багыты (θ) үчүн Td-WTe2деги фототопологиялык фазалык өтүү.
Посттун убактысы: 25-сентябрь 2023-ж