Napredek je bil dosežen pri preučevanju ultra hitrega gibanja Weil Quasiparticleslaserji
V zadnjih letih so teoretične in eksperimentalne raziskave topoloških kvantnih stanj in topoloških kvantnih materialov postale vroča tema na področju fizike zgoščene snovi. Kot nov koncept klasifikacije snovi je topološki red, kot je simetrija, temeljni koncept v fiziki zgoščene snovi. Globoko razumevanje topologije je povezano z osnovnimi težavami v fiziki kondenzirane snovi, kot je osnovna elektronska strukturaKvantne faze, kvantni fazni prehodi in vzbujanje številnih imobiliziranih elementov v kvantnih fazah. V topoloških materialih ima sklop med številnimi stopnjami svobode, kot so elektroni, fononi in spin, odločilno vlogo pri razumevanju in uravnavanju materialnih lastnosti. Za razlikovanje med različnimi interakcijami in manipuliranjem stanja snovi lahko uporabimo svetlobno vzbujanje, nato pa lahko pridobimo informacije o osnovnih fizikalnih lastnostih materiala, strukturnih faznih prehodih in novih kvantnih stanjih. Trenutno je razmerje med makroskopskim obnašanjem topoloških materialov, ki jih poganja svetlobno polje, in njihovo mikroskopsko atomsko strukturo in elektronske lastnosti je postalo raziskovalni cilj.
Fotoelektrično odzivno vedenje topoloških materialov je tesno povezano z mikroskopsko elektronsko strukturo. Za topološke polmetale je vzbujanje nosilca v bližini križišča pasu zelo občutljivo na značilnosti valovne funkcije sistema. Študija nelinearnih optičnih pojavov v topoloških polmetalih nam lahko pomaga, da bolje razumemo fizikalne lastnosti vzbujenih stanj sistema in pričakujemo, da se te učinke lahko uporabijo pri izdelavioptične napravein zasnovo sončnih celic, ki zagotavljajo potencialne praktične aplikacije v prihodnosti. Na primer, v polmetalu Weyl, ki absorbira foton krožne polarizirane svetlobe, bo vrtenje zasukalo, da bi dosegli ohranitev kotnega momenta, bo vzbujanje elektronov na obeh straneh Weyl stožca asimetrično porazdeljeno vzdolž smeri krožne polarizirane širjenja svetlobe, ki se imenuje čitalna pravila.
Teoretična študija nelinearnih optičnih pojavov topoloških materialov običajno sprejme metodo za kombiniranje izračuna lastnosti materiala in analize simetrije. Vendar ima ta metoda nekatere pomanjkljivosti: manjka mu dinamične informacije o navdušenih nosilcih v momentu in resničnem prostoru in ne more vzpostaviti neposredne primerjave s časovno ločeno eksperimentalno metodo odkrivanja. Spojenja med elektronskimi fononi in fotonskimi fononi ni mogoče upoštevati. In to je ključnega pomena, da se pojavijo določeni fazni prehodi. Poleg tega ta teoretična analiza, ki temelji na teoriji vznemirjenja, ne more obravnavati fizičnih procesov pod močnim svetlobnim poljem. Časovno odvisna gostota funkcionalna molekularna dinamika (TDDFT-MD), ki temelji na prvih načelih, lahko reši zgornje težave.
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 Simulacijska programska oprema TDAP. Preiskave so značilnosti odziva vzbujanja na ultrafast laserju v drugi vrsti Weyl pol-kovinskega WTE2.
Pokazalo se je, da selektivno vzbujanje nosilcev v bližini Weyl točke določa atomska orbitalna simetrija in pravilo izbire prehoda, ki se razlikuje od običajnega pravila izbire spin za kiralno vzbujanje, njegovo vzbujevalno pot pa lahko nadziramo s spreminjanjem polarizacijske smeri linearno polarizirane svetlobe in fotona (slika 2).
Asimetrično vzbujanje nosilcev sproži fototokure v različnih smereh v resničnem prostoru, kar vpliva na smer in simetrijo vmesnega zdrsa sistema. Ker so topološke lastnosti WTE2, kot sta število Weyl točk in stopnja ločitve v prostoru za zagon, zelo odvisne od simetrije sistema (slika 3), bo asimetrično vzbujanje nosilcev prineslo različno obnašanje Weyl Quastiparticles v prostoru in ustreznih sprememb v topoloških lastnostih sistema. Tako študija ponuja jasen fazni diagram za fototopološke fazne prehode (slika 4).
Rezultati kažejo, da je treba pozornost biti pozoren na kiralnost vzbujanja nosilcev v bližini Weyl Pointa in analizirati atomske orbitalne lastnosti valovne funkcije. Učinki obeh so podobni, vendar je mehanizem očitno drugačen, kar zagotavlja teoretično podlago za razlago posebnosti Weyl točk. Poleg tega lahko računalniška metoda, sprejeta v tej študiji, globoko razume kompleksne interakcije in dinamično vedenje na atomski in elektronski ravni v zelo hitrem časovni lestvici, razkrije njihove mikrofizične mehanizme in naj bi bilo močno orodje za prihodnje raziskave nelinearnih optičnih pojavov v topoloških materialih.
Rezultati so v reviji Nature Communications. Raziskovalno delo podpirajo Nacionalni ključni raziskovalni in razvojni načrt, Nacionalna naravoslovna fundacija in strateški pilotni projekt (kategorija B) Kitajske akademije znanosti.
Slika.1.A. Pravilo izbire kiralnosti za Weyl točke s pozitivnim znakom kiralnosti (χ =+1) pod krožno polarizirano svetlobo; Selektivno vzbujanje zaradi atomske orbitalne simetrije v Weyl točki b. χ =+1 v on-line polarizirani svetlobi
Fig. 2. diagram atomske strukture a, td-wte2; b. Struktura pasu v bližini površine Fermi; (c) struktura pasov in relativni prispevki atomskih orbitalov, razporejenih po visokih simetričnih črtah v območju Brillouin, puščice (1) in (2) predstavljajo vzbujanje blizu ali daleč od Weyl točk; d. Ojačitev strukture pasu vzdolž smeri gama-x
Sl.3.Ab: relativno medsebojno gibanje linearno polarizirane svetlobne polarizacijske smeri vzdolž osi A in osi B kristala, prikazan je ustrezen način gibanja; C. Primerjava med teoretično simulacijo in eksperimentalnim opazovanjem; DE: Evolucija simetrije sistema in položaj, število in stopnja ločitve dveh najbližjih točk Weyl v ravnini KZ = 0
Fig. 4. Fototopološki fazni prehod v TD-WTE2 za linearno polarizirano svetlobno fotonsko energijo (?) Ω) in polarizacijsko smer (θ) odvisen fazni diagram
Čas objave: SEP-25-2023