Kamajuan geus dilakukeun dina ulikan ngeunaan gerak ultrafast quasiparticles Weil dikawasa ku lasers.

Kamajuan geus dilakukeun dina ulikan ngeunaan gerak ultrafast quasiparticles Weil dikawasa kulaser

Dina taun-taun ayeuna, panilitian téoritis sareng ékspérimén ngeunaan kaayaan kuantum topologis sareng bahan kuantum topologis parantos janten topik panas dina widang fisika matéri kentel. Salaku konsép anyar ngeunaan klasifikasi materi, urutan topologis, kawas simétri, mangrupa konsép dasar dina fisika materi condensed. Pamahaman anu jero ngeunaan topologi aya hubunganana sareng masalah dasar dina fisika materi anu kentel, sapertos struktur éléktronik dasarfase kuantum, transisi fase kuantum jeung éksitasi loba elemen immobilized dina fase kuantum. Dina bahan topologis, gandeng antara loba derajat kabebasan, kayaning éléktron, fonon jeung spin, muterkeun hiji peran decisive dina pamahaman jeung ngatur sipat bahan. Éksitasi cahaya tiasa dianggo pikeun ngabédakeun antara interaksi anu béda sareng ngamanipulasi kaayaan zat, sareng inpormasi ngeunaan sipat fisik dasar bahan, transisi fase struktural, sareng kaayaan kuantum énggal tiasa didapet. Ayeuna, hubungan antara paripolah makroskopis bahan topologis anu didorong ku médan cahaya sareng struktur atom mikroskopis sareng sipat éléktronik parantos janten tujuan panalungtikan.

Paripolah réspon fotoéléktrik bahan topologis raket patalina jeung struktur éléktronik mikroskopis na. Pikeun semi-logam topologis, éksitasi pamawa deukeut simpang pita pohara sénsitip kana karakteristik fungsi gelombang sistem. Ulikan ngeunaan fenomena optik nonlinier dina semi-logam topologis tiasa ngabantosan urang langkung ngartos sipat fisik kaayaan bungah tina sistem, sareng diperkirakeun yén épék ieu tiasa dianggo dina produksialat optikjeung desain sél surya, nyadiakeun aplikasi praktis poténsial di mangsa nu bakal datang. Contona, dina semi-logam Weyl, nyerep foton tina cahaya polarisasi sirkular bakal ngabalukarkeun spin malik, sarta guna minuhan konservasi moméntum sudut, éksitasi éléktron dina kadua sisi congcot Weyl bakal asimétri disebarkeun sapanjang. arah rambatan cahaya polarisasi sirkular, nu disebut aturan seleksi kiral (Gambar 1).

Ulikan téoritis fenomena optik nonlinier bahan topologis biasana adopts metoda ngagabungkeun itungan sipat kaayaan taneuh bahan jeung analisis simétri. Sanajan kitu, metoda ieu boga sababaraha cacad: eta lacks informasi dinamis real-time operator gumbira dina spasi moméntum jeung spasi nyata, sarta teu bisa nyieun hiji ngabandingkeun langsung jeung metoda deteksi eksperimen waktos-direngsekeun. Gandeng antara éléktron-fonon jeung foton-fonon teu bisa dianggap. Sareng ieu penting pisan pikeun transisi fase anu tangtu. Sajaba ti éta, analisis téoritis dumasar kana téori perturbasi teu bisa nungkulan prosés fisik dina widang cahaya kuat. Simulasi dinamika molekular fungsional dénsitas waktos-gumantung (TDDFT-MD) dumasar kana prinsip kahiji tiasa ngarengsekeun masalah di luhur.

Anyar-anyar ieu, di handapeun bimbingan panaliti Meng Sheng, panalungtik postdoctoral Guan Mengxue sareng mahasiswa doktor Wang En tina Grup SF10 tina Laboratorium Key State of Surface Fisika Institute of Physics of Chinese Academy of Sciences / Beijing National Research Center for Concentrated Matter. Fisika, dina kolaborasi jeung Professor Sun Jiatao ti Beijing Institute of Téknologi, aranjeunna dipaké timer dimekarkeun bungah kaayaan dinamika simulasi software TDAP. Karakteristik réspon éksitasi quastiparticle kana laser ultrafast dina jenis kadua Weyl semi-logam WTe2 ditalungtik.

Eta geus ditémbongkeun yén éksitasi selektif operator deukeut titik Weyl ditangtukeun ku simétri orbital atom jeung aturan pamilihan transisi, nu béda ti aturan spin selection dawam pikeun éksitasi kiral, sarta jalur éksitasi na bisa dikawasa ku ngarobah arah polarisasi. cahaya polarisasi linier jeung énergi foton (Gbr. 2).

Éksitasi asimétri tina operator induces photocurrents dina arah béda dina spasi nyata, nu mangaruhan arah jeung simétri tina slip interlayer tina sistem. Kusabab sipat topologis WTe2, sapertos jumlah titik Weyl sareng darajat pamisahan dina rohangan moméntum, gumantung pisan kana simétri sistem (Gambar 3), éksitasi asimétri operator bakal nyababkeun paripolah Weyl anu béda. kuastipartikel dina spasi moméntum sarta parobahan pakait dina sipat topological sistem. Ku kituna, ulikan nyadiakeun diagram fase jelas keur transisi fase phototopological (Gambar 4).

Hasilna nunjukkeun yén kiralitas éksitasi pamawa caket titik Weyl kedah diperhatoskeun, sareng sipat orbital atom tina fungsi gelombang kedah dianalisis. Balukar tina dua sami tapi mékanisme écés béda, anu nyayogikeun dasar téoritis pikeun ngajelaskeun singularitas titik Weyl. Sajaba ti éta, métode komputasi diadopsi dina ulikan ieu deeply bisa ngarti interaksi kompléks jeung paripolah dinamis dina tingkat atom jeung éléktronik dina skala waktu super-gancang, nembongkeun mékanisme microphysical maranéhanana, sarta diperkirakeun jadi alat kuat pikeun panalungtikan kahareup ngeunaan. fenomena optik nonlinier dina bahan topologis.

Hasilna aya dina jurnal Nature Communications. Karya panalungtikan dirojong ku National Key Research and Development Plan, National Natural Science Foundation sareng Strategic Pilot Project (Kategori B) tina Chinese Academy of Sciences.

Gbr.1.a. Aturan pilihan kiralitas pikeun titik Weyl kalayan tanda kiralitas positif (χ=+1) dina cahaya polarisasi sirkular; Eksitasi selektif alatan simétri orbital atom dina titik Weyl b. χ=+1 dina lampu polarisasi online

BUAH ARA. 2. Diagram struktur atom a, Td-WTe2; b. Struktur pita deukeut beungeut Fermi; (c) Struktur pita jeung kontribusi relatif orbital atom disebarkeun sapanjang garis simetris luhur di wewengkon Brillouin, panah (1) jeung (2) ngagambarkeun éksitasi deukeut atawa jauh ti titik Weyl, masing-masing; d. Amplifikasi struktur pita sapanjang arah Gamma-X

Gbr.3.ab: Gerakan interlayer relatif arah polarisasi cahaya polarisasi linier sapanjang sumbu-A jeung B-sumbu kristal, sarta mode gerakan pakait ieu digambarkeun; C. Babandingan antara simulasi téoritis jeung observasi ékspérimén; de: Évolusi simétri sistem jeung posisi, jumlah jeung darajat pamisahan dua titik Weyl pangdeukeutna dina kz = 0 pesawat

BUAH ARA. 4. Transisi fase phototopological dina Td-WTe2 pikeun énergi foton cahaya polarisasi linier (?) ω) jeung arah polarisasi (θ) diagram fase gumantung