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 дөңгелек поляризацияланған жарық фотонының жұтылуы спиннің айналуына әкеледі, ал бұрыштық импульстің сақталуын қамтамасыз ету үшін Вейль конусының екі жағындағы электронның қозуы асимметриялы түрде таралады. айналмалы поляризацияланған жарықтың таралу бағыты, ол хиральды таңдау ережесі 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 ауысулар үшін өте маңызды.Сонымен қатар, сілкініс теориясына негізделген бұл теориялық талдау күшті жарық өрісіндегі физикалық процестермен айналыса алмайды.Бірінші принциптерге негізделген уақытқа тәуелді тығыздықтың функционалдық молекулалық динамикасын (TDDFT-MD) модельдеу жоғарыда аталған мәселелерді шеше алады.
Жақында зерттеуші Мэн Шэннің, докторанттан кейінгі зерттеуші Гуан Мэнсюэнің және Қытай ғылым академиясының физика институтының беткі физика мемлекеттік негізгі зертханасының SF10 тобының докторанты Ван Эннің жетекшілігімен/Пекин ұлттық концентрленген заттарды зерттеу орталығы Физика, Пекин технологиялық институтының профессоры Сун Цзятаомен бірлесіп, олар TDAP өздігінен әзірленген қоздырғыш күй динамикасын модельдейтін бағдарламалық құралды пайдаланды.Weyl жартылай металл WTe2 екінші түріндегі ультра жылдам лазерге квастибөлшектердің қозуының жауап сипаттамалары зерттелді.
Вейль нүктесінің маңындағы тасымалдаушылардың селективті қозуы атомдық орбиталық симметриямен және хиральды қозу үшін әдеттегі спиндік таңдау ережесінен ерекшеленетін өтпелі таңдау ережесімен анықталатыны және оның қозу жолын поляризация бағытын өзгерту арқылы басқаруға болатыны көрсетілген. сызықты поляризацияланған жарық пен фотон энергиясының (2-сурет).
Тасымалдаушылардың асимметриялық қозуы нақты кеңістікте әртүрлі бағыттағы фототоктарды индукциялайды, бұл жүйенің қабат аралық сырғуының бағыты мен симметриясына әсер етеді.Вейл нүктелерінің саны және импульс кеңістігіндегі бөліну дәрежесі сияқты WTe2 топологиялық қасиеттері жүйенің симметриясына өте тәуелді болғандықтан (3-сурет), тасымалдаушылардың асимметриялық қозуы Вейлдің әртүрлі әрекетін тудырады. импульс кеңістігіндегі квастибөлшектер және жүйенің топологиялық қасиеттерінің сәйкес өзгерістері.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 өте жылдам уақыт ауқымында атомдық және электронды деңгейлердегі күрделі өзара әрекеттесулер мен динамикалық мінез-құлықтарды терең түсінуге, олардың микрофизикалық механизмдерін ашуға және болашақтағы зерттеулер үшін қуатты құрал болады деп күтілуде. топологиялық материалдардағы сызықты емес оптикалық құбылыстар.
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.
Жіберу уақыты: 25 қыркүйек 2023 ж