Лазермен басқарылатын Вайль квазибөлшектерінің ультра жылдам қозғалысын зерттеуде прогреске қол жеткізілді.

Басқарылатын Вайль квазибөлшектерінің ультра жылдам қозғалысын зерттеуде прогреске қол жеткізілділазерлер

Соңғы жылдары топологиялық кванттық күйлер мен топологиялық кванттық материалдар бойынша теориялық және эксперименттік зерттеулер конденсацияланған заттар физикасы саласындағы өзекті тақырыпқа айналды. Материя классификациясының жаңа концепциясы ретінде топологиялық тәртіп симметрия сияқты конденсацияланған заттар физикасының іргелі ұғымы болып табылады. Топологияны терең түсіну конденсацияланған заттар физикасының негізгі электрондық құрылымы сияқты негізгі мәселелермен байланысты.кванттық фазалар, кванттық фазалық ауысулар және кванттық фазалардағы көптеген иммобилизацияланған элементтердің қозуы. Топологиялық материалдарда электрондар, фонондар және спин сияқты көптеген еркіндік дәрежелері арасындағы байланыс материалдың қасиеттерін түсіну және реттеуде шешуші рөл атқарады. Жарық қозуын әртүрлі өзара әрекеттесулерді ажырату және заттың күйін басқару үшін қолдануға болады, содан кейін материалдың негізгі физикалық қасиеттері, құрылымдық фазалық ауысулар және жаңа кванттық күйлер туралы ақпаратты алуға болады. Қазіргі уақытта жарық өрісімен қозғалатын топологиялық материалдардың макроскопиялық әрекеті мен олардың микроскопиялық атомдық құрылымы мен электрондық қасиеттері арасындағы байланыс зерттеу мақсатына айналды.

Топологиялық материалдардың фотоэлектрлік жауап әрекеті оның микроскопиялық электрондық құрылымымен тығыз байланысты. Топологиялық жартылай металдар үшін жолақ қиылысының жанындағы тасымалдаушы қозу жүйенің толқындық функциясының сипаттамаларына өте сезімтал. Топологиялық жартылай металдардағы сызықты емес оптикалық құбылыстарды зерттеу жүйенің қозған күйлерінің физикалық қасиеттерін жақсырақ түсінуге көмектеседі және бұл әсерлерді өндіруде қолдануға болады деп күтілуде.оптикалық құрылғыларжәне болашақта әлеуетті практикалық қолдануды қамтамасыз ететін күн батареяларының дизайны. Мысалы, Вейл жартылай металында айналмалы поляризацияланған жарық фотонының жұтылуы спиннің ауытқып кетуіне әкеліп соғады және бұрыштық импульстің сақталуын қамтамасыз ету үшін Вейл конусының екі жағындағы электронның қозуы дөңгелек поляризацияланған жарықтың таралу бағыты бойынша асимметриялық түрде таралады, бұл ереже хирал таңдау деп аталады (1-сурет).

Топологиялық материалдардың сызықты емес оптикалық құбылыстарын теориялық зерттеу әдетте материалдың негізгі күйінің қасиеттерін есептеу мен симметрия талдауын біріктіру әдісін қабылдайды. Дегенмен, бұл әдістің кейбір кемшіліктері бар: оның импульс кеңістігіндегі және нақты кеңістіктегі қозған тасымалдаушылардың нақты уақыттағы динамикалық ақпараты жоқ және уақыт бойынша шешілген эксперименталды анықтау әдісімен тікелей салыстыруды орната алмайды. Электрон-фонондар мен фотон-фонондар арасындағы байланысты қарастыруға болмайды. Және бұл белгілі бір фазалық ауысулардың орын алуы үшін өте маңызды. Сонымен қатар, бұл теоретикалық талдау кедергі теориясына негізделген күшті жарық өрісіндегі физикалық процестермен айналыса алмайды. Бірінші принциптерге негізделген уақытқа тәуелді тығыздықтың функционалды молекулалық динамикасын (TDDFT-MD) модельдеу жоғарыда аталған мәселелерді шеше алады.

Жақында зерттеуші Мэн Шэннің, докторантурадан кейінгі зерттеуші Гуан Мэнхюэнің және Қытай Ғылым академиясының Физика институтының беттік физика мемлекеттік негізгі зертханасының SF10 тобының докторанты Ван Эннің жетекшілігімен / Бейжіңдегі концентрацияланған заттар физикасы ұлттық ғылыми орталығының Бейжіңдегі концентрацияланған заттар физикасы жөніндегі ұлттық зерттеу орталығы, олар Цзиизо Профессионал институтымен бірлесе отырып пайдаланды. Өздігінен әзірленген қоздырылған күй динамикасын модельдеу бағдарламалық қамтамасыз ету TDAP. Weyl жартылай металл WTe2 екінші түріндегі ультра жылдам лазерге квастибөлшектердің қозуының жауап сипаттамалары зерттелді.

Вейль нүктесінің маңындағы тасымалдаушылардың селективті қозуы атомдық орбитальдық симметриямен және өтпелі таңдау ережесімен анықталатыны, бұл хиральды қозу үшін әдеттегі спиндік таңдау ережесінен ерекшеленетіні және оның қозу жолын сызықтық поляризацияланған жарық пен фотон энергиясының поляризация бағытын өзгерту арқылы басқаруға болатыны көрсетілген (2-сурет).

Тасымалдаушылардың асимметриялық қозуы нақты кеңістікте әртүрлі бағыттағы фототоктарды индукциялайды, бұл жүйенің қабат аралық сырғуының бағыты мен симметриясына әсер етеді. Вейл нүктелерінің саны мен импульс кеңістігіндегі бөліну дәрежесі сияқты WTe2 топологиялық қасиеттері жүйенің симметриясына қатты тәуелді болғандықтан (3-сурет), тасымалдаушылардың асимметриялық қозуы импульс кеңістігіндегі Вейл квастибөлшектерінің әртүрлі мінез-құлқын және жүйенің топологиялық қасиеттеріндегі сәйкес өзгерістерді тудырады. Осылайша, зерттеу фототопологиялық фазалық ауысулардың нақты фазалық диаграммасын береді (4-сурет).

Нәтижелер Вейль нүктесіне жақын жерде тасымалдаушы қозуының хиральділігіне назар аударып, толқындық функцияның атомдық орбиталық қасиеттеріне талдау жасау керектігін көрсетеді. Екеуінің әсерлері ұқсас, бірақ механизмі анық әртүрлі, бұл Вейл нүктелерінің ерекшелігін түсіндіруге теориялық негіз береді. Сонымен қатар, осы зерттеуде қабылданған есептеу әдісі атомдық және электронды деңгейлердегі күрделі өзара әрекеттесулер мен динамикалық әрекеттерді өте жылдам уақыт ауқымында терең түсінуге, олардың микрофизикалық механизмдерін ашуға және топологиялық материалдардағы сызықтық емес оптикалық құбылыстарды болашақта зерттеу үшін қуатты құрал болады деп күтілуде.

Нәтижелер Nature Communications журналында жарияланған. Зерттеу жұмысына Ұлттық негізгі зерттеулер мен даму жоспары, Ұлттық жаратылыстану қоры және Қытай ғылым академиясының стратегиялық пилоттық жобасы (В санаты) қолдау көрсетеді.

1.а сурет. Дөңгелек поляризацияланған жарықта оң хиральдылық таңбасы (χ=+1) бар Вейл нүктелері үшін хиральдылықты таңдау ережесі; b-ның Вейл нүктесінде атомдық орбиталық симметрияға байланысты таңдамалы қозу. Желідегі поляризацияланған жарықта χ=+1

ІНЖІР. 2. a, Td-WTe2 атомдық құрылым диаграммасы; б. Ферми бетіне жақын жолақ құрылымы; (c) Бриллуен аймағындағы жоғары симметриялық сызықтар бойымен таралған атомдық орбитальдардың жолақ құрылымы және салыстырмалы үлестері, (1) және (2) көрсеткілер тиісінше Вейл нүктелеріне жақын немесе алыс қозуды білдіреді; г. Гамма-X бағыты бойынша жолақ құрылымын күшейту

СУРЕТ.3.ab: Кристалдың A осі мен В осі бойынша сызықты поляризацияланған жарық поляризация бағытының салыстырмалы қабатаралық қозғалысы және сәйкес қозғалыс режимі суреттелген; C. Теориялық модельдеу мен эксперименттік бақылауды салыстыру; de: Жүйенің симметрия эволюциясы және kz=0 жазықтықтағы ең жақын екі Вейл нүктесінің орны, саны және ажырау дәрежесі

ІНЖІР. 4. Сызықтық поляризацияланған жарық фотонының энергиясы (?) ω) және поляризация бағытына (θ) тәуелді фазалық диаграмма үшін Td-WTe2 фазасының фототопологиялық ауысуы.