Sar progress fl-istudju tal-moviment ultraveloċi ta 'kważipartiċelli Weil ikkontrollati minnlejżers
F'dawn l-aħħar snin, ir-riċerka teoretika u sperimentali dwar stati quantum topoloġiċi u materjali quantum topoloġiċi saret suġġett jaħraq fil-qasam tal-fiżika tal-materja kondensata.Bħala kunċett ġdid tal-klassifikazzjoni tal-materja, l-ordni topoloġika, bħas-simetrija, hija kunċett fundamentali fil-fiżika tal-materja kondensata.Fehim profond tat-topoloġija huwa relatat mal-problemi bażiċi fil-fiżika tal-materja kondensata, bħall-istruttura elettronika bażika tal-fażijiet quantum, transizzjonijiet tal-fażi kwantistika u eċitazzjoni ta 'ħafna elementi immobilizzati f'fażijiet kwantitiċi.F'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 ta 'fażi strutturali, u stati quantum ġodda.Fil-preżent, ir-relazzjoni bejn l-imġiba makroskopika ta 'materjali topoloġiċi mmexxija minn kamp ħafif u l-istruttura atomika mikroskopika tagħhom u l-proprjetajiet elettroniċi saret għan ta' riċerka.
L-imġieba tar-rispons fotoelettriku tal-materjali topoloġiċi hija relatata mill-qrib mal-istruttura elettronika mikroskopika tagħha.Għal semi-metalli topoloġiċi, l-eċitazzjoni tal-ġarr qrib l-intersezzjoni tal-medda hija sensittiva ħafna għall-karatteristiċi tal-funzjoni tal-mewġ 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 'apparat ottikuu d-disinn ta 'ċelloli solari, li jipprovdu applikazzjonijiet prattiċi potenzjali fil-futur.Pereżempju, f'semi-metall Weyl, l-assorbiment ta 'foton ta' dawl polarizzat b'mod ċirkolari jikkawża li l-ispin jinqaleb, u sabiex tissodisfa l-konservazzjoni tal-momentum angolari, l-eċitazzjoni tal-elettroni fuq iż-żewġ naħat tal-kon Weyl tkun imqassma b'mod asimmetriku tul id-direzzjoni tal-propagazzjoni tad-dawl polarizzat b'mod ċirkolari, li tissejjaħ ir-regola tal-għażla chiral (Figura 1).
L-istudju teoretiku ta 'fenomeni ottiċi mhux lineari ta' materjali topoloġiċi normalment jadotta l-metodu li jgħaqqad il-kalkolu tal-proprjetajiet tal-istat tal-art tal-materjal u l-analiżi tas-simetrija.Madankollu, dan il-metodu għandu xi difetti: huwa nieqes mill-informazzjoni dinamika f'ħin reali ta 'trasportaturi eċċitati fl-ispazju tal-momentum u l-ispazju reali, u ma jistax jistabbilixxi paragun dirett mal-metodu ta' sejbien sperimentali riżolt fil-ħin.L-akkoppjar bejn elettron-phonons u photon-phonons 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 tat-tfixkil 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 post-dottorat Guan Mengxue u l-istudent tad-dottorat Wang En tal-Grupp SF10 tal-Laboratorju Ewlenin tal-Istat tal-Fiżika tal-wiċċ tal-Istitut tal-Fiżika tal-Akkademja Ċiniża tax-Xjenzi / Ċentru Nazzjonali tar-Riċerka ta 'Beijing għall-Materja Konċentrata Il-fiżika, b'kollaborazzjoni mal-Professur Sun Jiatao tal-Istitut tat-Teknoloġija ta 'Beijing, użaw is-softwer ta' simulazzjoni tad-dinamika tal-istat eċċitati żviluppata lilhom infushom TDAP.Il-karatteristiċi tar-rispons ta 'eċitazzjoni ta' kwastiparticle għal laser ultraveloċi fit-tieni tip ta 'Weyl semi-metall WTe2 huma investigati.
Intwera li l-eċitazzjoni selettiva ta 'trasportaturi qrib il-punt Weyl hija determinata minn simetrija orbitali atomika u regola ta' għażla ta 'transizzjoni, li hija differenti mir-regola tas-soltu ta' għażla ta 'spin għal eċċitazzjoni kirali, u l-mogħdija ta' eċċitazzjoni tagħha tista 'tiġi kkontrollata billi tinbidel id-direzzjoni tal-polarizzazzjoni. ta 'dawl polarizzat lineari u enerġija fotoni (FIG. 2).
L-eċitazzjoni asimmetrika tat-trasportaturi tinduċi fotokurrenti f'direzzjonijiet differenti fl-ispazju reali, li taffettwa d-direzzjoni u s-simetrija taż-żlieq tas-saffi ta 'bejn is-saffi tas-sistema.Peress li l-proprjetajiet topoloġiċi ta 'WTe2, bħan-numru ta' punti Weyl u l-grad ta 'separazzjoni fl-ispazju tal-momentum, huma dipendenti ħafna fuq is-simetrija tas-sistema (Figura 3), l-eċitazzjoni asimmetrika tat-trasportaturi se ġġib imġiba differenti ta' Weyl kwastipartiċelli fl-ispazju tal-momentum u bidliet korrispondenti fil-proprjetajiet topoloġiċi tas-sistema.Għalhekk, l-istudju jipprovdi dijagramma ċara tal-fażi għat-tranżizzjonijiet tal-fażi fototopoloġiċi (Figura 4).
Ir-riżultati juru li l-kiralità tal-eċċitazzjoni tal-ġarr qrib il-punt Weyl għandha tingħata attenzjoni, u l-proprjetajiet orbitali atomiċi tal-funzjoni tal-mewġ għandhom jiġu analizzati.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 ta 'komputazzjoni adottat f'dan l-istudju jista' jifhem profondament l-interazzjonijiet kumplessi u l-imgieba dinamiċi fil-livelli atomiċi u elettroniċi fi skala ta 'żmien super-veloċi, jiżvela l-mekkaniżmi mikrofiżiċi tagħhom, u huwa mistenni li jkun għodda qawwija għal 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 ta' Riċerka u Żvilupp Ewlenin, il-Fondazzjoni Nazzjonali tax-Xjenza Naturali u l-Proġett Pilota Strateġiku (Kategorija B) tal-Akkademja tax-Xjenzi Ċiniża.
FIG.1.a.Ir-regola tal-għażla tal-kiralità għall-punti Weyl b'sinjal pożittiv tal-kiralità (χ=+1) taħt dawl polarizzat b'mod ċirkolari;Eċitazzjoni selettiva minħabba simetrija orbitali atomika fil-punt Weyl ta 'b.χ=+1 f'dawl polarizzat on-line
FIG.2. Dijagramma ta' l-istruttura atomika ta' a, Td-WTe2;b.Struttura tal-banda ħdejn il-wiċċ Fermi;(c) L-istruttura tal-banda u l-kontribuzzjonijiet relattivi ta 'orbitali atomiċi mqassma tul linji simetriċi għoljin fir-reġjun Brillouin, il-vleġeġ (1) u (2) jirrappreżentaw eċitazzjoni qrib jew 'il bogħod mill-punti Weyl, rispettivament;d.Amplifikazzjoni tal-istruttura tal-faxxa tul id-direzzjoni Gamma-X
FIG.3.ab: Il-moviment relattiv tas-saff ta 'bejn is-saff 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. Tqabbil bejn simulazzjoni teoretika u osservazzjoni sperimentali;de: Evoluzzjoni tas-simetrija tas-sistema u l-pożizzjoni, in-numru u l-grad tas-separazzjoni taż-żewġ punti Weyl l-eqreb fil-pjan kz=0
FIG.4. Tranżizzjoni tal-fażi fototoloġika f'Td-WTe2 għal enerġija tal-fotoni tad-dawl polarizzat linearment (?) ω) u dijagramma tal-fażi dipendenti fuq id-direzzjoni tal-polarizzazzjoni (θ)
Ħin tal-post: 25-Settembru 2023