پیشرفت در مطالعه حرکت Ultrafast از quasipartices weil کنترل شده توسطلیزر
در سالهای اخیر ، تحقیقات نظری و تجربی در مورد حالتهای کوانتومی توپولوژیکی و مواد کوانتومی توپولوژیکی به یک موضوع داغ در زمینه فیزیک ماده متراکم تبدیل شده است. به عنوان یک مفهوم جدید از طبقه بندی ماده ، نظم توپولوژیکی ، مانند تقارن ، یک مفهوم اساسی در فیزیک ماده متراکم است. درک عمیق از توپولوژی مربوط به مشکلات اساسی در فیزیک ماده متراکم ، مانند ساختار الکترونیکی اساسی استفازهای کوانتومی، انتقال فاز کوانتومی و تحریک بسیاری از عناصر بی حرکت در مراحل کوانتومی. در مواد توپولوژیکی ، اتصال بین بسیاری از درجات آزادی ، مانند الکترون ، واج و چرخش ، نقش تعیین کننده ای در درک و تنظیم خصوصیات مواد دارد. از تحریک نور می توان برای تمایز بین تعامل های مختلف و دستکاری وضعیت ماده استفاده کرد و اطلاعات مربوط به خصوصیات بدنی اساسی مواد ، انتقال فاز ساختاری و حالت های کوانتومی جدید را می توان بدست آورد. در حال حاضر ، رابطه بین رفتار ماکروسکوپی مواد توپولوژیکی رانده شده توسط میدان نور و ساختار اتمی میکروسکوپی و خصوصیات الکترونیکی آنها به یک هدف تحقیق تبدیل شده است.
رفتار پاسخ فوتوالکتریک مواد توپولوژیکی از نزدیک با ساختار الکترونیکی میکروسکوپی آن ارتباط دارد. برای نیمه متال های توپولوژیکی ، تحریک حامل در نزدیکی تقاطع باند نسبت به ویژگی های عملکرد موج سیستم بسیار حساس است. مطالعه پدیده های نوری غیرخطی در نیمه متال های توپولوژیکی می تواند به ما در درک بهتر خصوصیات فیزیکی حالتهای هیجان زده سیستم کمک کند و انتظار می رود که از این اثرات در ساخت استفاده شوددستگاه های نوریو طراحی سلولهای خورشیدی ، ارائه کاربردهای عملی بالقوه در آینده. به عنوان مثال ، در یک نیمه فلزی نیمه فلزی ، جذب یک فوتون از نور قطبی به صورت دایره ای باعث چرخش می شود ، و برای تحقق حفاظت از حرکت زاویه ای ، تحریک الکترونی در هر دو طرف مخروط ویل به صورت نامتقارن توزیع می شود در جهت انتشار نور قطبی به صورت دایره ای ، که نامیده می شود قاعده انتخاب کایرال (شکل 1).
مطالعه نظری پدیده های نوری غیرخطی از مواد توپولوژیکی معمولاً روش ترکیب محاسبه خواص وضعیت زمین مادی و تجزیه و تحلیل تقارن را اتخاذ می کند. با این حال ، این روش برخی از نقص ها را دارد: فاقد اطلاعات پویا در زمان واقعی حامل های هیجان زده در فضای حرکت و فضای واقعی است ، و نمی تواند یک مقایسه مستقیم با روش تشخیص آزمایشی با زمان حل شده ایجاد کند. اتصال بین الکترون های الکترون و فوتون-پوونون را نمی توان در نظر گرفت. و این برای انتقال خاص فاز بسیار مهم است. علاوه بر این ، این تحلیل نظری مبتنی بر نظریه آشفتگی نمی تواند با فرآیندهای فیزیکی تحت حوزه نور قوی مقابله کند. دینامیک عملکردی مولکولی عملکردی وابسته به زمان (TDDFT-MD) بر اساس اصول اول می تواند مشکلات فوق را حل کند.
به تازگی ، تحت هدایت محقق منگ شنگ ، محقق فوق دکترا Guan Mengxue و دانش آموزان دکترا ، Wang En از گروه SF10 آزمایشگاه کلیدی ایالتی فیزیک سطحی از انستیتوی فیزیک چینی از مرکز علوم علوم دنیوی/مرکز تحقیقات ملی فیزیک های متمرکز ، در همکاری با استاد Sun Jiatao از Beijing از Beijing استفاده می کنند. نرم افزار شبیه سازی TDAP. خصوصیات پاسخ تحریک کواستیپیکول به لیزر فوق العاده در نوع دوم WTE2 نیمه فلزی WEYL مورد بررسی قرار گرفته است.
نشان داده شده است که تحریک انتخابی حامل ها در نزدیکی نقطه ویل با تقارن مداری اتمی و قانون انتخاب انتقال تعیین می شود ، که با قانون انتخاب چرخش معمول برای تحریک کایرال متفاوت است و با تغییر جهت قطبی شدن انرژی قطبی و نور قطبی می تواند مسیر تحریک آن را کنترل کند (شکل 2).
تحریک نامتقارن حامل ها باعث ایجاد فوتوکرها در جهات مختلف در فضای واقعی می شود ، که بر جهت و تقارن لغزش لایه ای از سیستم تأثیر می گذارد. از آنجا که خواص توپولوژیکی WTE2 ، مانند تعداد نقاط ویل و میزان جدایی در فضای حرکت ، به تقارن سیستم بسیار وابسته است (شکل 3) ، تحریک نامتقارن حامل ها باعث می شود رفتار متفاوت از quastipicals ویل در فضای حرکت و تغییرات متناقض در خصوصیات توپولوژیکی سیستم ایجاد شود. بنابراین ، این مطالعه یک نمودار فاز روشن برای انتقال فاز فوتوتوپولوژیک ارائه می دهد (شکل 4).
نتایج نشان می دهد که باید از تحریک حامل حامل در نزدیکی نقطه ویل ، توجه داشته باشد و خصوصیات مداری اتمی عملکرد موج باید مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. اثرات این دو مشابه است اما مکانیسم کاملاً متفاوت است ، که یک مبنای نظری برای توضیح تکینگی نقاط ویل فراهم می کند. علاوه بر این ، روش محاسباتی اتخاذ شده در این مطالعه می تواند عمیقاً تعامل پیچیده و رفتارهای دینامیکی در سطح اتمی و الکترونیکی در یک مقیاس زمانی بسیار سریع ، مکانیسم های میکروفیزیکی آنها را آشکار کند و انتظار می رود ابزاری قدرتمند برای تحقیقات آینده در مورد پدیده های نوری غیرخطی در مواد توپولوژیکی باشد.
نتایج در مجله Nature Communications است. کار تحقیق توسط برنامه ملی تحقیق و توسعه ملی ، بنیاد ملی علوم طبیعی و پروژه آزمایشی استراتژیک (دسته B) آکادمی علوم چین پشتیبانی می شود.
شکل 1.A. قانون انتخاب کایرالیت برای نقاط WEYL با علامت کایرالیت مثبت (χ =+1) در زیر نور قطبی دایره ای. تحریک انتخابی به دلیل تقارن مداری اتمی در نقطه ویل از b. χ =+1 در نور قطبی آنلاین
شکل 2. نمودار ساختار اتمی A ، TD-WTE2 ؛ ب. ساختار باند در نزدیکی سطح فرمی ؛ (ج) ساختار باند و سهم نسبی مدارهای اتمی که در امتداد خطوط متقارن بالا در منطقه بریلوین توزیع می شوند ، فلش (1) و (2) به ترتیب تحریک نزدیک یا دور از نقاط Weyl را نشان می دهند. د. تقویت ساختار باند در امتداد جهت گاما-X
FIG.3.AB: حرکت بین لایه نسبی جهت قطبش نور قطبی خطی در امتداد محور A و محور B کریستال ، و حالت حرکت مربوطه نشان داده شده است. ج - مقایسه بین شبیه سازی نظری و مشاهده تجربی. DE: تکامل تقارن سیستم و موقعیت ، تعداد و درجه جدایی دو نقطه نزدیک Weyl در صفحه KZ = 0
شکل 4. انتقال فاز فوتوتوپولوژیکی در TD-WTE2 برای انرژی فوتون نور خطی قطبی (؟) ω) و جهت قطبش (θ) نمودار فاز وابسته
زمان پست: سپتامبر 25-2023