tərəfindən idarə olunan Weil kvazipartiküllərinin ultrasürətli hərəkətinin öyrənilməsində irəliləyiş əldə edilmişdirlazerlər
Son illərdə topoloji kvant halları və topoloji kvant materialları üzrə nəzəri və eksperimental tədqiqatlar kondensləşdirilmiş maddə fizikası sahəsində aktual mövzuya çevrilmişdir. Maddə təsnifatının yeni bir konsepsiyası olaraq, topoloji nizam, simmetriya kimi, kondensləşdirilmiş maddə fizikasında fundamental bir anlayışdır. Topologiyanın dərindən başa düşülməsi, kondensləşdirilmiş maddə fizikasındakı əsas problemlərlə, məsələn, əsas elektron quruluşu ilə əlaqədardır.kvant fazaları, kvant faza keçidləri və kvant fazalarında bir çox immobilizasiya olunmuş elementlərin həyəcanlanması. Topoloji materiallarda elektronlar, fononlar və spin kimi bir çox sərbəstlik dərəcəsi arasındakı əlaqə material xüsusiyyətlərinin anlaşılmasında və tənzimlənməsində həlledici rol oynayır. İşıq həyəcanlanması müxtəlif qarşılıqlı təsirləri ayırd etmək və maddənin vəziyyətini manipulyasiya etmək üçün istifadə edilə bilər və bundan sonra materialın əsas fiziki xüsusiyyətləri, 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 xüsusiyyətləri arasındakı əlaqə tədqiqat məqsədinə çevrilmişdir.
Topoloji materialların fotoelektrik reaksiya davranışı onun mikroskopik elektron quruluşu ilə sıx bağlıdır. Topoloji yarımmetallar üçün zolaq kəsişməsinə yaxın daşıyıcı həyəcanı sistemin dalğa funksiyası xüsusiyyətlərinə yüksək həssaslıq göstərir. Topoloji yarımmetallarda qeyri-xətti optik hadisələrin öyrənilməsi sistemin həyəcanlanmış vəziyyətlərinin fiziki xüsusiyyətlərini daha yaxşı başa düşməyimizə kömək edə bilər və bu təsirlərin istehsalında istifadə edilə biləcəyi gözlənilir.optik cihazlarvə gələcəkdə potensial praktik tətbiqlər təmin edən günəş batareyalarının dizaynı. Məsələn, Weyl yarımmetalında dairəvi polyarlaşdırılmış işığın fotonunu udmaq spinin fırlanmasına səbəb olacaq və bucaq impulsunun qorunmasını təmin etmək üçün Weyl konusunun hər iki tərəfindəki elektron həyəcanı dairəvi polyarlaşdırılmış işığın yayılma istiqaməti boyunca asimmetrik şəkildə paylanacaq ki, bu da kiral seçim qaydası adlanır (Şəkil 1).
Topoloji materialların qeyri-xətti optik hadisələrinin nəzəri tədqiqi adətən materialın əsas vəziyyət xüsusiyyətlərinin hesablanması və simmetriya analizinin birləşdirilməsi metodundan istifadə edir. Lakin, bu metodun bəzi qüsurları var: impuls fəzasında və real fəzada həyəcanlanmış daşıyıcıların real vaxt dinamik məlumatlarından məhrumdur və zamanla həll olunan eksperimental aşkarlama metodu ilə birbaşa müqayisə apara bilmir. Elektron-fononlar və foton-fononlar arasındakı əlaqə nəzərə alına bilməz. Və bu, müəyyən fazalı keçidlərin baş verməsi üçün çox vacibdir. Bundan əlavə, perturbasiya nəzəriyyəsinə əsaslanan bu nəzəri təhlil güclü işıq sahəsi altında fiziki prosesləri əhatə edə bilməz. İlk prinsiplərə əsaslanan zamandan asılı sıxlıq funksional molekulyar dinamika (TDDFT-MD) simulyasiyası yuxarıdakı problemləri həll edə bilər.
Bu yaxınlarda, Çin Elmlər Akademiyası Fizika İnstitutunun/Pekin Milli Konsentrat Maddə Fizikası Tədqiqat Mərkəzinin Səth Fizikası Dövlət Açar Laboratoriyasının SF10 Qrupunun tədqiqatçısı Menq Şenq, postdoktorant tədqiqatçısı Quan Menqsue və doktorantı Vanq Enin rəhbərliyi altında, Pekin Texnologiya İnstitutunun professoru Sun Ciatao ilə əməkdaşlıq çərçivəsində, özləri tərəfindən hazırlanmış həyəcanlanmış vəziyyət dinamikası simulyasiya proqram təminatı TDAP-dan istifadə etdilər. İkinci növ Weyl yarımmetal WTe2-də ultrasürətli lazerə kvastipartikulların həyəcanlanmasının cavab xüsusiyyətləri araşdırılır.
Veyl nöqtəsi yaxınlığında daşıyıcıların selektiv həyəcanlanmasının atom orbital simmetriyası və keçid seçim qaydası ilə müəyyən edildiyi, bu qaydanın kiral həyəcanlanma üçün adi spin seçim qaydasından fərqli olduğu və onun həyəcanlanma yolunun xətti polyarlaşdırılmış işıq və foton enerjisinin polyarizasiya istiqamətini dəyişdirməklə idarə oluna biləcəyi göstərilmişdir (Şəkil 2).
Daşıyıcıların asimmetrik həyəcanlanması real fəzada müxtəlif istiqamətlərdə fotocərəyanlar yaradır ki, bu da sistemin təbəqələrarası sürüşməsinin istiqamətinə və simmetriyasına təsir göstərir. WTe2-nin topoloji xüsusiyyətləri, məsələn, Weyl nöqtələrinin sayı və impuls fəzasında ayrılma dərəcəsi sistemin simmetriyasından çox asılı olduğundan (Şəkil 3), daşıyıcıların asimmetrik həyəcanlanması Weyl kvastipartiküllərinin impuls fəzasında fərqli davranışlarına və sistemin topoloji xüsusiyyətlərində müvafiq dəyişikliklərə səbəb olacaq. Beləliklə, tədqiqat fototopoloji faza keçidləri üçün aydın faza diaqramı təqdim edir (Şəkil 4).
Nəticələr göstərir ki, Veyl nöqtəsi yaxınlığında daşıyıcı həyəcanının kirallığına diqqət yetirilməli və dalğa funksiyasının atom orbital xüsusiyyətləri təhlil edilməlidir. İkisinin təsiri oxşardır, lakin mexanizm açıq-aydın fərqlidir ki, bu da Veyl nöqtələrinin sinqulyarlığını izah etmək üçün nəzəri əsas təmin edir. Bundan əlavə, bu tədqiqatda tətbiq olunan hesablama metodu atom və elektron səviyyələrində mürəkkəb qarşılıqlı təsirləri və dinamik davranışları super sürətli zaman miqyasında dərindən anlaya, onların mikrofiziki mexanizmlərini aşkar edə bilər və topoloji materiallarda qeyri-xətti optik hadisələr üzrə gələcək tədqiqatlar üçün güclü bir vasitə olacağı gözlənilir.
Nəticələr Nature Communications jurnalında dərc olunub. Tədqiqat işi Milli Açar Tədqiqat və İnkişaf Planı, Milli Təbiət Elmləri Fondu və Çin Elmlər Akademiyasının Strateji Pilot Layihəsi (B Kateqoriyası) tərəfindən dəstəklənir.
Şəkil 1.a. Dairəvi polyarlaşdırılmış işıq altında müsbət xirallıq işarəsinə (χ=+1) malik Veyl nöqtələri üçün xirallıq seçim qaydası; b-nin Veyl nöqtəsində atom orbital simmetriyasına görə selektiv həyəcanlanma. Onlayn polyarlaşdırılmış işıqda χ=+1.
ŞƏKİL 2. a, Td-WTe2-nin atom quruluş diaqramı; b. Fermi səthinə yaxın zolaq quruluşu; (c) Zolaq quruluşu və Brillouin bölgəsində yüksək simmetrik xətlər boyunca paylanmış atom orbitallarının nisbi töhfələri, oxlar (1) və (2) müvafiq olaraq Weyl nöqtələrinə yaxın və ya uzaq həyəcanı təmsil edir; d. Qamma-X istiqaməti boyunca zolaq quruluşunun gücləndirilməsi
Şəkil 3.ab: Kristalın A və B oxu boyunca xətti polyarlaşdırılmış işığın polyarizasiya istiqamətinin nisbi təbəqələrarası hərəkəti və müvafiq hərəkət rejimi təsvir edilmişdir; C. Nəzəri simulyasiya və eksperimental müşahidə arasında müqayisə; de: Sistemin simmetriya təkamülü və kz=0 müstəvisində iki ən yaxın Weyl nöqtəsinin mövqeyi, sayı və ayrılma dərəcəsi
ŞƏKİL 4. Xətti polyarlaşmış işıq foton enerjisi (?) ω) və polyarlaşma istiqamətindən (θ) asılı faza diaqramı üçün Td-WTe2-də fototopoloji faza keçidi
Yazı vaxtı: 25 sentyabr 2023