Pokrok sa dosiahol pri štúdiu ultrarýchleho pohybu kváziparstikov Weil kontrolovaných pomocoulasery
V posledných rokoch sa teoretický a experimentálny výskum topologických kvantových stavov a topologických kvantových materiálov stal v oblasti fyziky kondenzovanej hmoty horúcou témou. Ako nový koncept klasifikácie hmoty je topologický poriadok, ako je symetria, základným konceptom fyziky kondenzovanej hmoty. Hlboké pochopenie topológie súvisí so základnými problémami vo fyzike kondenzovanej hmoty, ako je základná elektronická štruktúrakvantové fázy, Kvantové fázové prechody a excitácia mnohých imobilizovaných prvkov v kvantových fázach. V topologických materiáloch hrá spojenie medzi mnohými stupňami voľnosti, ako sú elektróny, fonóny a rotácie, rozhodujúcu úlohu pri porozumení a regulácii vlastností materiálov. Svetelné excitácie sa môže použiť na rozlíšenie medzi rôznymi interakciami a manipuláciu s stavom hmoty a informácií o základných fyzikálnych vlastnostiach materiálu, štrukturálnych fázových prechodoch a potom je možné získať nové kvantové stavy. V súčasnosti sa stal výskumným cieľom vzťahom medzi makroskopickým správaním topologických materiálov poháňaných svetelným poľom a ich mikroskopickou atómovou štruktúrou a elektronickými vlastnosťami.
Fotoelektrická reakcia správanie topologických materiálov úzko súvisí s jej mikroskopickou elektronickou štruktúrou. V prípade topologických semitálov je excitácia nosiča v blízkosti priesečníka pásu vysoko citlivý na charakteristiky funkcie vlny systému. Štúdium nelineárnych optických javov v topologických semitáloch nám môže pomôcť lepšie porozumieť fyzikálnym vlastnostiam excitovaných stavov systému a očakáva sa, že tieto účinky sa môžu použiť pri výrobeoptické zariadeniaa návrh solárnych článkov, ktoré v budúcnosti poskytujú potenciálne praktické aplikácie. Napríklad v weylovom semitále, absorbovanie fotónu kruhovo polarizovaného svetla spôsobí otáčanie rotácie, a aby sa splnilo zachovanie uhlovej hybnosti, bude excitácia elektrónov na obidvoch stranách Weyl Cone asymetricky distribuovaná pozdĺž smeru kruhovej polarizovanej propagácie svetla, ktorá sa nazýva pravidlo chirálnej selekcie (obrázok 1).
Teoretická štúdia nelineárnych optických javov topologických materiálov zvyčajne prijíma metódu kombinácie výpočtu vlastností materiálneho základného stavu a analýzy symetrie. Táto metóda má však určité defekty: chýba mu dynamické informácie nadšených nosičov v reálnom čase v hybnom priestore a skutočnom priestore a nemôže stanoviť priame porovnanie s časovo rozlíšenou metódou experimentálnej detekcie. Nie je možné zvážiť spojenie medzi elektrónovými fonónmi a fotónovými fonónmi. A to je rozhodujúce pre vyskytnutie určitých fázových prechodov. Táto teoretická analýza založená na teórii narušenia sa navyše nemôže zaoberať fyzikálnymi procesmi v oblasti silného svetelného poľa. Simulácia funkčnej molekulárnej molekulárnej dynamiky (TDDFT-MD) v závislosti od hustoty (TDDFT-MD) na základe prvých princípov môže vyriešiť vyššie uvedené problémy.
Nedávno pod vedením výskumného pracovníka Meng Sheng, postdoktorandského výskumníka Guan Mengxue a doktorandského študenta Wang En zo skupiny SF10 State Kľúčové laboratórium povrchovej fyziky Inštitútu fyziky Číny čínskej akadémie vied/Pekingového národného výskumného centra pre koncentrovanú hmotu, v spolupráci s profesorom Sun Jiatao of Pekingový inštitút, ktorý využíval Svorio-de-démový stav softvér TDAP. Skúmajú sa charakteristiky odozvy excitácie quastipartica s ultrarýchle laserom v druhom druhu Weylového semitálu WTE2.
Ukázalo sa, že selektívna excitácia nosičov v blízkosti Weyl Point je určená pravidlom atómovej orbitálnej symetrie a výberu prechodu, ktorá sa líši od obvyklého pravidla výberu rotácie na chirálnu excitáciu a jeho excitačná cesta sa môže riadiť zmenou smeru polarizácie lineárne polarizovaného svetla a fotónovej energie (obr. 2).
Asymetrická excitácia nosičov indukuje fotompurty v rôznych smeroch v reálnom priestore, čo ovplyvňuje smer a symetriu medzivrstvy systému systému. Pretože topologické vlastnosti WTE2, ako napríklad počet Weylových bodov a stupeň separácie v hybnom priestore, sú vysoko závislé od symetrie systému (obrázok 3), asymetrické excitácie nosičov prinesie rôzne správanie Weyl Quastipartices v priestore hybnosti v hybnom priestore. Štúdia teda poskytuje jasný fázový diagram pre fototopologické fázové prechody (obrázok 4).
Výsledky ukazujú, že chiralite excitácie nosiča v blízkosti Weyl Point by sa malo venovať pozornosť a mali by sa analyzovať atómové orbitálne vlastnosti funkcie vlny. Účinky oboch sú podobné, ale mechanizmus sa evidentne líši, čo poskytuje teoretický základ na vysvetlenie singularity Weyl bodov. Okrem toho výpočtová metóda prijatá v tejto štúdii môže hlboko porozumieť zložitým interakciám a dynamickým správaním na atómových a elektronických úrovniach v super rýchlej časovej meradle, odhaliť ich mikrofyzikálne mechanizmy a očakáva sa, že bude výkonným nástrojom pre budúci výskum nelineárnych optických javov v topologických materiáloch.
Výsledky sú v časopise Nature Communications. Výskumná práca je podporená Národným plánom pre výskum a rozvoj, Národná prírodovedná nadácia a projekt strategického pilota (kategória B) Čínskej akadémie vied.
Obr.1.A. Pravidlo výberu chirality pre Weyl body s pozitívnym znakom chirality (χ =+1) pod kruhovo polarizovaným svetlom; Selektívna excitácia v dôsledku atómovej orbitálnej symetrie v bode b. χ =+1 v online polarizovanom svetle
Obr. 2. Schéma atómovej štruktúry A, TD-WTE2; b. Štruktúra pásu v blízkosti povrchu Fermi; (C) Štruktúra pásov a relatívne príspevky atómových orbitálov distribuovaných pozdĺž vysokých symetrických čiary v oblasti brillouínu, šípky (1) a (2) predstavujú excitáciu blízko alebo ďaleko od Weylových bodov; d. Amplifikácia štruktúry pásov v smere gama-X
Obr. C. Porovnanie medzi teoretickou simuláciou a experimentálnym pozorovaním; DE: Vývoj symetrie systému a poloha, počet a stupeň separácie dvoch najbližších Weylových bodov v rovine KZ = 0
Obr. 4. Fototopologický fázový prechod v TD-WTE2 pre lineárne polarizovanú fotónovú energiu svetla (?) Co) a smer polarizácie (9) závislý fázový diagram
Čas príspevku: 25. september-2023