Sar progress fl-istudju tal-moviment ultraveloċi tal-kwasipartiċelli ta' Weil ikkontrollati bil-lejżers

Sar progress fl-istudju tal-moviment ultraveloċi tal-kwasipartiċelli ta' Weil ikkontrollati minnlejżers

Fi snin reċenti, ir-riċerka teoretika u sperimentali dwar stati kwantistiċi topoloġiċi u materjali kwantistiċi topoloġiċi saret suġġett jaħraq fil-qasam tal-fiżika tal-materja kkondensata. Bħala kunċett ġdid ta' klassifikazzjoni tal-materja, l-ordni topoloġika, bħas-simetrija, hija kunċett fundamentali fil-fiżika tal-materja kkondensata. Fehim profond tat-topoloġija huwa relatat mal-problemi bażiċi fil-fiżika tal-materja kkondensata, bħall-istruttura elettronika bażika ta'fażijiet kwantistiċi, tranżizzjonijiet tal-fażi kwantistika u eċċitazzjoni ta' ħafna elementi immobilizzati f'fażijiet kwantistiċi. Fil-materjali topoloġiċi, l-akkoppjar bejn ħafna gradi ta' libertà, bħal elettroni, fononi u spin, għandu rwol deċiżiv fil-fehim u r-regolazzjoni tal-proprjetajiet tal-materjal. L-eċitazzjoni tad-dawl tista' tintuża biex tiddistingwi bejn interazzjonijiet differenti u timmanipula l-istat tal-materja, u mbagħad tista' tinkiseb informazzjoni dwar il-proprjetajiet fiżiċi bażiċi tal-materjal, tranżizzjonijiet strutturali tal-fażi, u stati kwantistiċi ġodda. Fil-preżent, ir-relazzjoni bejn l-imġiba makroskopika ta' materjali topoloġiċi mmexxija mill-kamp tad-dawl u l-istruttura atomika mikroskopika u l-proprjetajiet elettroniċi tagħhom saret għan ta' riċerka.

L-imġiba tar-rispons fotoelettriku tal-materjali topoloġiċi hija relatata mill-qrib mal-istruttura elettronika mikroskopika tagħhom. Għal semi-metalli topoloġiċi, l-eċitazzjoni tat-trasportatur ħdejn l-intersezzjoni tal-medda hija sensittiva ħafna għall-karatteristiċi tal-funzjoni tal-mewġa tas-sistema. L-istudju ta' fenomeni ottiċi mhux lineari f'semi-metalli topoloġiċi jista' jgħinna nifhmu aħjar il-proprjetajiet fiżiċi tal-istati eċċitati tas-sistema, u huwa mistenni li dawn l-effetti jistgħu jintużaw fil-manifattura ta'apparati ottiċiu d-disinn taċ-ċelloli solari, li jipprovdu applikazzjonijiet prattiċi potenzjali fil-futur. Pereżempju, f'semi-metall Weyl, l-assorbiment ta' foton ta' dawl polarizzat ċirkolarment jikkawża li l-ispin jinqaleb, u sabiex tintlaħaq il-konservazzjoni tal-momentum angolari, l-eċitazzjoni tal-elettroni fuq iż-żewġ naħat tal-kon Weyl se tkun imqassma b'mod asimmetriku tul id-direzzjoni tal-propagazzjoni tad-dawl polarizzat ċirkolarment, li tissejjaħ ir-regola tal-għażla kirali (Figura 1).

L-istudju teoretiku tal-fenomeni ottiċi mhux lineari ta' materjali topoloġiċi ġeneralment jadotta l-metodu li jikkombina l-kalkolu tal-proprjetajiet tal-istat fundamentali tal-materjal u l-analiżi tas-simetrija. Madankollu, dan il-metodu għandu xi difetti: jonqsu l-informazzjoni dinamika f'ħin reali tat-trasportaturi eċċitati fl-ispazju tal-momentum u fl-ispazju reali, u ma jistax jistabbilixxi paragun dirett mal-metodu ta' skoperta sperimentali riżolt fil-ħin. L-akkoppjar bejn l-elettroni-fononi u l-fotoni-fononi ma jistax jiġi kkunsidrat. U dan huwa kruċjali biex iseħħu ċerti tranżizzjonijiet tal-fażi. Barra minn hekk, din l-analiżi teoretika bbażata fuq it-teorija tal-perturbazzjoni ma tistax tittratta l-proċessi fiżiċi taħt il-kamp tad-dawl qawwi. Is-simulazzjoni tad-dinamika molekulari funzjonali tad-densità dipendenti fuq il-ħin (TDDFT-MD) ibbażata fuq l-ewwel prinċipji tista' ssolvi l-problemi ta' hawn fuq.

Riċentement, taħt il-gwida tar-riċerkatur Meng Sheng, ir-riċerkatur postdottorali Guan Mengxue u l-istudent tad-dottorat Wang En tal-Grupp SF10 tal-Laboratorju Ewlieni tal-Istat tal-Fiżika tal-Wiċċ tal-Istitut tal-Fiżika tal-Akkademja Ċiniża tax-Xjenzi/Ċentru Nazzjonali ta' Riċerka ta' Beijing għall-Fiżika tal-Materja Konċentrata, b'kollaborazzjoni mal-Professur Sun Jiatao tal-Istitut tat-Teknoloġija ta' Beijing, huma użaw is-softwer ta' simulazzjoni tad-dinamika tal-istat eċċitat żviluppat minnhom stess TDAP. Il-karatteristiċi tar-rispons tal-eċitazzjoni kwastipartiċelli għal-lejżer ultraveloċi fit-tieni tip ta' semi-metall Weyl WTe2 ġew investigati.

Intwera li l-eċitazzjoni selettiva tat-trasportaturi ħdejn il-punt Weyl hija determinata mis-simetrija orbitali atomika u r-regola tal-għażla tat-tranżizzjoni, li hija differenti mir-regola tas-soltu tal-għażla tal-ispin għall-eċitazzjoni kirali, u l-mogħdija tal-eċitazzjoni tagħha tista' tiġi kkontrollata billi tinbidel id-direzzjoni tal-polarizzazzjoni tad-dawl polarizzat linearment u l-enerġija tal-fotoni (FIG. 2).

L-eċitazzjoni asimmetrika tat-trasportaturi tinduċi fotokurrenti f'direzzjonijiet differenti fl-ispazju reali, li taffettwa d-direzzjoni u s-simetrija taż-żliq bejn is-saffi tas-sistema. Peress li l-proprjetajiet topoloġiċi tal-WTe2, bħan-numru ta' punti Weyl u l-grad ta' separazzjoni fl-ispazju tal-momentum, jiddependu ħafna fuq is-simetrija tas-sistema (Figura 3), l-eċitazzjoni asimmetrika tat-trasportaturi se ġġib magħha mġiba differenti tal-kwastipartiċelli ta' Weyl fl-ispazju tal-momentum u bidliet korrispondenti fil-proprjetajiet topoloġiċi tas-sistema. Għalhekk, l-istudju jipprovdi dijagramma tal-fażi ċara għat-tranżizzjonijiet tal-fażi fototopoloġiċi (Figura 4).

Ir-riżultati juru li għandha tingħata attenzjoni lill-kiralità tal-eċitazzjoni tat-trasportatur ħdejn il-punt Weyl, u għandhom jiġu analizzati l-proprjetajiet orbitali atomiċi tal-funzjoni tal-mewġ. L-effetti tat-tnejn huma simili iżda l-mekkaniżmu huwa ovvjament differenti, li jipprovdi bażi teoretika biex tispjega s-singularità tal-punti Weyl. Barra minn hekk, il-metodu komputazzjonali adottat f'dan l-istudju jista' jifhem fil-fond l-interazzjonijiet kumplessi u l-imġieba dinamika fil-livelli atomiċi u elettroniċi fi skala ta' żmien super-veloċi, jiżvela l-mekkaniżmi mikrofiżiċi tagħhom, u huwa mistenni li jkun għodda qawwija għar-riċerka futura dwar fenomeni ottiċi mhux lineari f'materjali topoloġiċi.

Ir-riżultati jinsabu fil-ġurnal Nature Communications. Ix-xogħol ta’ riċerka huwa appoġġjat mill-Pjan Nazzjonali Ewlieni ta’ Riċerka u Żvilupp, il-Fondazzjoni Nazzjonali tax-Xjenzi Naturali u l-Proġett Pilota Strateġiku (Kategorija B) tal-Akkademja Ċiniża tax-Xjenzi.

FIG.1.a. Ir-regola tal-għażla tal-kiralità għall-punti Weyl b'sinjal ta' kiralità pożittiv (χ=+1) taħt dawl polarizzat ċirkolarment; Eċċitazzjoni selettiva minħabba s-simetrija orbitali atomika fil-punt Weyl ta' b. χ=+1 f'dawl polarizzat onlajn

FIG. 2. Dijagramma tal-istruttura atomika ta' a, Td-WTe2; b. Struttura tal-faxxa ħdejn il-wiċċ ta' Fermi; (ċ) Struttura tal-faxxa u kontribuzzjonijiet relattivi tal-orbitali atomiċi mqassma tul linji simetriċi għoljin fir-reġjun ta' Brillouin, il-vleġeġ (1) u (2) jirrappreżentaw eċċitazzjoni qrib jew 'il bogħod mill-punti ta' Weyl, rispettivament; d. Amplifikazzjoni tal-istruttura tal-faxxa tul id-direzzjoni Gamma-X

FIG.3.ab: Il-moviment relattiv bejn is-saffi tad-direzzjoni tal-polarizzazzjoni tad-dawl polarizzat linearment tul l-assi A u l-assi B tal-kristall, u l-mod ta' moviment korrispondenti huwa illustrat; C. Paragun bejn is-simulazzjoni teoretika u l-osservazzjoni sperimentali; de: L-evoluzzjoni tas-simmetrija tas-sistema u l-pożizzjoni, in-numru u l-grad ta' separazzjoni taż-żewġ punti Weyl l-eqreb fil-pjan kz=0

FIG. 4. Tranżizzjoni tal-fażi fototopoloġika f'Td-WTe2 għal enerġija tal-foton tad-dawl polarizzat linearment (?) ω) u dijagramma tal-fażi dipendenti fuq id-direzzjoni tal-polarizzazzjoni (θ)