Быў дасягнуты прагрэс у вывучэнні звышхуткага руху weil quasiparticles, які кантралюеццалазеры
У апошнія гады тэарэтычныя і эксперыментальныя даследаванні тапалагічных квантавых станаў і тапалагічных квантавых матэрыялаў сталі галоўнай тэмай у галіне фізікі згушчанай матэрыі. Як новая канцэпцыя класіфікацыі матэрыялаў, тапалагічны парадак, як сіметрыя, з'яўляецца асноўнай канцэпцыяй фізікі згушчанай матэрыі. Глыбокае разуменне тапалогіі звязана з асноўнымі праблемамі ў фізіцы згушчанай матэрыі, напрыклад, асноўнай электроннай структурайквантавыя фазы, Квантовыя фазавыя пераходы і ўзбуджэнне многіх іммобілізаваных элементаў у квантавых фазах. У тапалагічных матэрыялах злучэнне паміж шматлікімі ступенямі свабоды, такімі як электроны, фаноны і спін, гуляе вырашальную ролю ў разуменні і рэгуляванні матэрыяльных уласцівасцей. Святловае ўзбуджэнне можа быць выкарыстана для адрознення розных узаемадзеянняў і маніпулявання станам матэрыі, а таксама інфармацыя пра асноўныя фізічныя ўласцівасці матэрыялу, структурныя фазавыя пераходы і новыя квантавыя стану. У цяперашні час сувязь паміж макраскапічным паводзінамі тапалагічных матэрыялаў, абумоўленым лёгкім полем, і іх мікраскапічнай атамнай структурай і электроннымі ўласцівасцямі стала мэтай даследавання.
Паводзіны фотаэлектрычнай рэакцыі тапалагічных матэрыялаў цесна звязана з яго мікраскапічнай электроннай структурай. Для тапалагічных паўметалаў, узбуджэнне носьбіта каля перакрыжавання паласы вельмі адчувальнае да характарыстык функцыі хвалі сістэмы. Вывучэнне нелінейных аптычных з'яў у тапалагічных паўметалаў можа дапамагчы нам лепш зразумець фізічныя ўласцівасці ўзбуджаных станаў сістэмы, і чакаецца, што гэтыя эфекты могуць быць выкарыстаны пры вытворчасці вырабуАптычныя прыладыі дызайн сонечных элементаў, якія забяспечваюць патэнцыйныя практычныя прымяненне ў будучыні. Напрыклад, у паўметалі, які паглынае фатон цыркулява палярызаванага святла, прывядзе да перагорткі, і для таго, каб захаваць захаванне вуглавога імпульсу, электроннае ўзбуджэнне з абодвух бакоў конуса Вэйла будзе асіметрычна размеркавана па кірунку цыркулява-палярызаванага прасоўвання святла, якое называюць правілам кліральнага адбору (малюнка 1).
Тэарэтычнае даследаванне нелінейных аптычных з'яў тапалагічных матэрыялаў звычайна прымае метад спалучэння разліку ўласцівасцей асноўнага стану і аналізу сіметрыі. Аднак гэты метад мае некаторыя дэфекты: у яго адсутнічае дынамічная інфармацыя пра ўзбуджаныя носьбіты ў рэжыме рэальнага часу ў прасторы імпульсу і рэальнай прасторы, і ён не можа ўсталяваць прамое параўнанне з метадам эксперыментальнага выяўлення часу. Звязанне паміж электроннымі фанонамі і фатонам-фанонамі нельга ўлічваць. І гэта мае вырашальнае значэнне для пэўных фазавых пераходаў. Акрамя таго, гэты тэарэтычны аналіз, заснаваны на тэорыі абурэнняў, не можа змагацца з фізічнымі працэсамі пад моцным светлавым полем. Мадэляванне функцыянальнай малекулярнай дынамікі (TDDFT-MD), залежнай ад часу, на аснове першых прынцыпаў можа вырашыць вышэйзгаданыя праблемы.
Recently, under the guidance of researcher Meng Sheng, postdoctoral researcher Guan Mengxue and doctoral student Wang En of the SF10 Group of the State Key Laboratory of Surface Physics of the Institute of Physics of the Chinese Academy of Sciences/Beijing National Research Center for Concentrated Matter Physics, in collaboration with Professor Sun Jiatao of the Beijing Institute of Technology, they used the self-developed excited state dynamics Праграмнае забеспячэнне для мадэлявання TDAP. Даследуюцца характарыстыкі рэагавання ўзбуджэння Quastiparticle на звышхуткі лазер у другім выглядзе паўметалічнага Wte2 Weyl Wte2.
Было паказана, што селектыўнае ўзбуджэнне носьбітаў паблізу кропкі Вайла вызначаецца атамнай арбітальнай сіметрыяй і правілам выбару пераходу, якое адрозніваецца ад звычайнага правіла адбору спіна для хіральнага ўзбуджэння, і яго шлях ўзбуджэння можа кантраляваць шляхам змены кірунку палярызацыі лінейна -палярызаванага святла і энергіі фотанацыі (мал. 2).
Асіметрычнае ўзбуджэнне носьбітаў выклікае фотавучы ў розных напрамках у рэальнай прасторы, што ўплывае на кірунак і сіметрыю праслойкі сістэмы. Паколькі тапалагічныя ўласцівасці WTE2, такія як колькасць кропак Вейла і ступень падзелу ў прасторы імпульсу, моцна залежаць ад сіметрыі сістэмы (мал. Такім чынам, даследаванне дае выразную фазавую схему для фотатапалагічных фазавых пераходаў (мал. 4).
Вынікі паказваюць, што хіральнасць ўзбуджэння носьбіта каля Вэйл -кропкі трэба звярнуць увагу, і павінны быць прааналізаваны атамныя арбітальныя ўласцівасці хвалевай функцыі. Эфекты абодвух падобныя, але механізм, відавочна, адрозніваецца, што дае тэарэтычную аснову для тлумачэння незвычайнасці кропак Вейла. Акрамя таго, вылічальны метад, прыняты ў гэтым даследаванні, можа глыбока зразумець складаныя ўзаемадзеянні і дынамічныя паводзіны на атамных і электронных узроўнях у вельмі хуткай маштабе часу, выявіць іх мікрафізічныя механізмы і, як чакаецца, стане магутным інструментам для будучых даследаванняў нелінейных аптычных з'яў у тапалагічных матэрыялах.
Вынікі знаходзяцца ў часопісе Nature Communications. Даследчая праца падтрымліваецца Нацыянальным планам даследаванняў і распрацовак, Нацыянальным прыродазнаўчым фондам і стратэгічным пілотным праектам (катэгорыя B) Кітайскай акадэміі навук.
Мал.1.А. Правіла выбару хіральнасці для кропак Weyl са станоўчым знакам хіральнасці (χ =+1) пры кругавым палярызаваным святле; Селектыўнае ўзбуджэнне з -за атамнай арбітальнай сіметрыі ў кропцы Вэйла В. χ =+1 у анлайн-палярызаваным святле
Мал. 2. Схема атамнай структуры A, TD-WTE2; нар. Структура паласы каля паверхні Фермі; (c) структура паласы і адносны ўклад атамных арбіталяў, размеркаваных па высокіх сіметрычных лініях у рэгіёне Брылуіна, стрэлкі (1) і (2) уяўляюць сабой узбуджэнне блізка ці далёка ад кропак Вейла адпаведна; в. Узмацненне структуры паласы ўздоўж кірунку гама-X
Мал. C. Параўнанне паміж тэарэтычнай мадэляваннем і эксперыментальным назіраннем; DE: Эвалюцыя сіметрыі сістэмы і становішча, колькасць і ступень падзелу двух бліжэйшых кропак Weyl у плоскасці KZ = 0
Мал. 4. Фатапалагічны фазавы пераход у TD-WTE2 для лінейна палярызаванай энергіі фатона (?) Ω) і палярызацыйнай дыяпазону (θ) залежнай фазавай дыяграмай
Час паведамлення: верасня 25-2023