Weil tərəfindən idarə olunan kvazirəciklərin ultrasürətli hərəkətinin öyrənilməsində irəliləyiş əldə edilmişdirlazerlər
Son illərdə topoloji kvant halları və topoloji kvant materialları üzrə nəzəri və eksperimental tədqiqatlar kondensasiya olunmuş maddə fizikası sahəsində aktual mövzuya çevrilmişdir. Maddənin təsnifatının yeni konsepsiyası olaraq, simmetriya kimi topoloji nizam da qatılaşdırılmış maddə fizikasında əsas anlayışdır. Topologiyanı dərindən başa düşmək kondensasiya olunmuş maddə fizikasının əsas problemlərinə, məsələn, topologiyanın əsas elektron quruluşuna aiddir.kvant fazaları, kvant faza keçidləri və kvant fazalarında bir çox hərəkətsizləşdirilmiş elementlərin həyəcanlanması. Topoloji materiallarda elektronlar, fononlar və spinlər kimi bir çox sərbəstlik dərəcələri arasındakı əlaqə maddi xassələrin başa düşülməsində və tənzimlənməsində həlledici rol oynayır. İşıq həyəcanı müxtəlif qarşılıqlı təsirləri ayırd etmək və maddənin vəziyyətini manipulyasiya etmək üçün istifadə edilə bilər və bundan sonra materialın əsas fiziki xassələri, struktur faza keçidləri və yeni kvant vəziyyətləri haqqında məlumat əldə edilə bilər. Hazırda işıq sahəsi ilə idarə olunan topoloji materialların makroskopik davranışı ilə onların mikroskopik atom quruluşu və elektron xassələri arasındakı əlaqə tədqiqat məqsədinə çevrilmişdir.
Topoloji materialların fotoelektrik reaksiya davranışı onun mikroskopik elektron quruluşu ilə sıx bağlıdır. Topoloji yarımmetallar üçün zolağın kəsişməsinə yaxın olan daşıyıcının həyəcanlanması sistemin dalğa funksiyasının xüsusiyyətlərinə çox həssasdır. Topoloji yarımmetallarda qeyri-xətti optik hadisələrin tədqiqi sistemin həyəcanlanmış vəziyyətlərinin fiziki xassələrini daha yaxşı başa düşməyə kömək edə bilər və bu təsirlərin istehsalında istifadə oluna biləcəyi gözlənilir.optik cihazlarvə gələcəkdə potensial praktik tətbiqləri təmin edən günəş batareyalarının dizaynı. Məsələn, Weyl yarımmetalında dairəvi qütbləşmiş işığın bir fotonun udulması spinin sürüşməsinə səbəb olacaq və bucaq impulsunun qorunmasını təmin etmək üçün Veyl konusunun hər iki tərəfindəki elektron həyəcanı asimmetrik şəkildə paylanacaq. xiral seçim qaydası adlanan dairəvi qütbləşmiş işığın yayılma istiqaməti (Şəkil 1).
Topoloji materialların qeyri-xətti optik hadisələrinin nəzəri tədqiqi adətən materialın əsas dövlət xassələrinin hesablanması və simmetriya analizinin birləşdirilməsi metodunu qəbul edir. Bununla belə, bu metodun bəzi qüsurları var: impuls məkanında və real məkanda həyəcanlanan daşıyıcıların real vaxt dinamik məlumatlarından məhrumdur və zamanla həll olunan eksperimental aşkarlama üsulu ilə birbaşa müqayisə qura bilmir. Elektron-fononlar və foton-fononlar arasındakı əlaqə nəzərə alına bilməz. Və bu, müəyyən faza keçidlərinin baş verməsi üçün çox vacibdir. Bundan əlavə, təlaş nəzəriyyəsinə əsaslanan bu nəzəri təhlil güclü işıq sahəsi altında baş verən fiziki prosesləri həll edə bilməz. Birinci prinsiplərə əsaslanan zamandan asılı sıxlıq funksional molekulyar dinamika (TDDFT-MD) simulyasiyası yuxarıda göstərilən problemləri həll edə bilər.
Bu yaxınlarda Çin Elmlər Akademiyası Fizika İnstitutunun Səth Fizikası Dövlət Əsas Laboratoriyasının SF10 Qrupunun tədqiqatçısı Menq Şenq, doktoranturadan sonrakı tədqiqatçı Quan Menqxue və doktorant Vanq Enin rəhbərliyi altında/Pekin Milli Konsentratlı Maddələr Mərkəzi Fizika, Pekin Texnologiya İnstitutunun professoru Sun Jiatao ilə əməkdaşlıq edərək, özləri tərəfindən hazırlanmış həyəcanlı vəziyyət dinamikasının simulyasiya proqramı TDAP-dan istifadə etdilər. İkinci növ Weyl yarımmetal WTe2-də ultrasürətli lazerə kvastirəciklərin həyəcanlanmasının cavab xarakteristikaları tədqiq edilmişdir.
Göstərilmişdir ki, Veyl nöqtəsi yaxınlığında daşıyıcıların selektiv həyəcanlanması atom orbital simmetriyası və şiral həyəcan üçün adi spin seçmə qaydasından fərqli olan keçid seçmə qaydası ilə müəyyən edilir və onun həyəcanlanma yolunu qütbləşmə istiqamətinin dəyişdirilməsi ilə idarə etmək olar. xətti qütbləşmiş işığın və foton enerjisinin (şək. 2).
Daşıyıcıların asimmetrik həyəcanlanması real məkanda müxtəlif istiqamətlərdə foto cərəyanları induksiya edir ki, bu da sistemin təbəqələrarası sürüşməsinin istiqamətinə və simmetriyasına təsir göstərir. WTe2-nin topoloji xassələri, məsələn, Weyl nöqtələrinin sayı və impuls fəzasındakı ayrılma dərəcəsi sistemin simmetriyasından çox asılı olduğundan (Şəkil 3), daşıyıcıların asimmetrik həyəcanlanması Weyl-in fərqli davranışına səbəb olacaqdır. impuls fəzasında kvastirəciklər və sistemin topoloji xassələrində müvafiq dəyişikliklər. Beləliklə, tədqiqat fototopoloji faza keçidləri üçün aydın faza diaqramını təqdim edir (Şəkil 4).
Nəticələr göstərir ki, Veyl nöqtəsi yaxınlığında daşıyıcı həyəcanının şirallığına diqqət yetirilməli, dalğa funksiyasının atom orbital xassələri təhlil edilməlidir. İkisinin təsirləri oxşardır, lakin mexanizm açıq-aydın fərqlidir, bu da Weyl nöqtələrinin təkliyini izah etmək üçün nəzəri əsas verir. Bundan əlavə, bu tədqiqatda qəbul edilmiş hesablama metodu atom və elektron səviyyələrdə mürəkkəb qarşılıqlı təsirləri və dinamik davranışları super sürətli zaman miqyasında dərindən dərk edə, onların mikrofiziki mexanizmlərini ortaya qoya bilər və gələcək tədqiqatlar üçün güclü bir vasitə olacağı gözlənilir. topoloji materiallarda qeyri-xətti optik hadisələr.
Nəticələr Nature Communications jurnalındadır. Tədqiqat işi Milli Əsas Tədqiqat və İnkişaf Planı, Milli Təbiət Elmləri Fondu və Çin Elmlər Akademiyasının Strateji Pilot Layihəsi (Kateqoriya B) tərəfindən dəstəklənir.
ŞƏK.1.a. Dairəvi qütbləşmiş işıq altında müsbət xirallıq işarəsi (χ=+1) olan Veyl nöqtələri üçün şirallığın seçilməsi qaydası; b-nin Veyl nöqtəsində atom orbital simmetriyasına görə seçici həyəcan. On-line qütbləşmiş işıqda χ=+1
ŞEK. 2. a, Td-WTe2-nin atom quruluşu diaqramı; b. Fermi səthinə yaxın bant quruluşu; (c) Brillouin bölgəsində yüksək simmetrik xətlər boyunca paylanmış atom orbitallarının zolaq quruluşu və nisbi töhfələri, oxlar (1) və (2) müvafiq olaraq Veyl nöqtələrinə yaxın və ya uzaq olan həyəcanı təmsil edir; d. Qamma-X istiqaməti boyunca band strukturunun gücləndirilməsi
ŞEK.3.ab: Kristalın A oxu və B oxu boyunca xətti qütbləşmiş işığın qütbləşmə istiqamətinin təbəqələrarası nisbi hərəkəti və müvafiq hərəkət rejimi təsvir edilmişdir; C. Nəzəri simulyasiya və eksperimental müşahidə arasında müqayisə; de: Sistemin simmetriya təkamülü və kz=0 müstəvisində ən yaxın iki Veyl nöqtəsinin mövqeyi, sayı və ayrılma dərəcəsi
ŞEK. 4. Xətti qütbləşmiş işıq foton enerjisi (?) ω) və polarizasiya istiqamətindən (θ) asılı faza diaqramı üçün Td-WTe2-də fototopoloji faza keçidi
Göndərmə vaxtı: 25 sentyabr 2023-cü il