Η πρόοδος έχει σημειωθεί στη μελέτη της εξαιρετικά γρήγορης κίνησης των quasiparticles Weil που ελέγχονται απόλέιζερ
Τα τελευταία χρόνια, η θεωρητική και πειραματική έρευνα σχετικά με τις τοπολογικές κβαντικές καταστάσεις και τα τοπολογικά κβαντικά υλικά έχει γίνει ένα καυτό θέμα στον τομέα της φυσικής συμπυκνωμένης ύλης. Ως μια νέα έννοια της ταξινόμησης της ύλης, η τοπολογική σειρά, όπως η συμμετρία, είναι μια θεμελιώδη έννοια στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης. Η βαθιά κατανόηση της τοπολογίας σχετίζεται με τα βασικά προβλήματα στη φυσική συμπυκνωμένη ύλη, όπως η βασική ηλεκτρονική δομή τουκβαντικές φάσεις, μεταβάσεις κβαντικής φάσης και διέγερση πολλών ακινητοποιημένων στοιχείων σε κβαντικές φάσεις. Στα τοπολογικά υλικά, η σύζευξη μεταξύ πολλών βαθμών ελευθερίας, όπως ηλεκτρόνια, φωνόνια και περιστροφή, παίζει καθοριστικό ρόλο στην κατανόηση και τη ρύθμιση των υλικών ιδιοτήτων. Η διέγερση φωτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διάκριση μεταξύ διαφορετικών αλληλεπιδράσεων και να χειριστεί την κατάσταση της ύλης και να αποκτηθούν πληροφορίες σχετικά με τις βασικές φυσικές ιδιότητες του υλικού, τις μεταβάσεις δομικής φάσης και τις νέες κβαντικές καταστάσεις. Επί του παρόντος, η σχέση μεταξύ της μακροσκοπικής συμπεριφοράς των τοπολογικών υλικών που οδηγείται από το ελαφρύ πεδίο και τη μικροσκοπική τους ατομική δομή και τις ηλεκτρονικές ιδιότητες έχει γίνει ένας ερευνητικός στόχος.
Η συμπεριφορά φωτοηλεκτρικής απόκρισης των τοπολογικών υλικών συνδέεται στενά με τη μικροσκοπική ηλεκτρονική δομή του. Για τα τοπολογικά ημι-μεταλλικά, η διέγερση του φορέα κοντά στη διασταύρωση της ζώνης είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη στα χαρακτηριστικά της κύματος της λειτουργίας του συστήματος. Η μελέτη των μη γραμμικών οπτικών φαινομένων σε τοπολογικά ημι-μετάλλια μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τις φυσικές ιδιότητες των διεγερμένων καταστάσεων του συστήματος και αναμένεται ότι αυτά τα αποτελέσματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην κατασκευή τουοπτικές συσκευέςκαι το σχεδιασμό των ηλιακών κυττάρων, παρέχοντας πιθανές πρακτικές εφαρμογές στο μέλλον. Για παράδειγμα, σε ένα ημι-μέταλλο WELL, η απορρόφηση ενός φωτονίου κυκλικού πολωμένου φωτός θα προκαλέσει την περιστροφή της περιστροφής και για να ικανοποιηθεί η διατήρηση της γωνιακής ορμής, η ηλεκτρονική διέγερση και στις δύο πλευρές του κώνου Weyl θα είναι ασύμμετρα κατά μήκος της κατεύθυνσης της κυκλικής πολωμένης συσχέτισης φωτός, η οποία ονομάζεται χειραλική επιλογή (Σχήμα 1).
Η θεωρητική μελέτη των μη γραμμικών οπτικών φαινομένων των τοπολογικών υλικών συνήθως υιοθετεί τη μέθοδο συνδυασμού του υπολογισμού των ιδιοτήτων εδάφους του υλικού και της ανάλυσης συμμετρίας. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος έχει ορισμένα ελαττώματα: δεν διαθέτει τις δυναμικές πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο των διεγερμένων μεταφορέων στον χώρο ορμής και στον πραγματικό χώρο και δεν μπορεί να δημιουργήσει άμεση σύγκριση με τη μέθοδο πειραματικής ανίχνευσης που έχει επιλυθεί με το χρόνο. Δεν μπορεί να ληφθεί υπόψη η σύζευξη μεταξύ των ηλεκτρονίων και των φωτονίων-φωνών. Και αυτό είναι ζωτικής σημασίας για να συμβούν ορισμένες μεταβάσεις φάσης. Επιπλέον, αυτή η θεωρητική ανάλυση που βασίζεται στη θεωρία διαταραχών δεν μπορεί να αντιμετωπίσει τις φυσικές διεργασίες κάτω από το ισχυρό ελαφρύ πεδίο. Η προσομοίωση λειτουργικής μοριακής δυναμικής (TDDFT-MD) που εξαρτάται από το χρόνο που εξαρτάται από την εξαρτώμενη από το χρονικό διάστημα (TDDFT-MD) με βάση τις πρώτες αρχές μπορεί να λύσει τα παραπάνω προβλήματα.
Πρόσφατα, υπό την καθοδήγηση του ερευνητή Meng Sheng, του μεταδιδακτορικού ερευνητή Guan Mengxue και του διδακτορικού φοιτητή Wang en του ομίλου SF10 του κρατικού εργαστηρίου του Beijing Physics του Ινστιτούτου Φυσικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών/Εθνικού Κέντρου Ερευνών του Πεκίνου, λογισμικό TDAP. Τα χαρακτηριστικά απόκρισης της διέγερσης quastiparticle σε εξαιρετικά γρήγορο λέιζερ στο δεύτερο είδος ημι-μετάλλου WELL WELL WTE2 διερευνώνται.
Έχει αποδειχθεί ότι η επιλεκτική διέγερση των μεταφορέων κοντά στο σημείο Weyl καθορίζεται από τον κανόνα της ατομικής τροχιακής συμμετρίας και της επιλογής μετάβασης, ο οποίος είναι διαφορετικός από τον συνηθισμένο κανόνα επιλογής περιστροφής για χειρόμορφη διέγερση και η διαδρομή διέγερσης μπορεί να ελεγχθεί με την αλλαγή της κατεύθυνσης πόλωσης του γραμμικά επικαλυπτόμενου φωτός και της ενέργειας των φωτονίων (Εικόνα 2).
Η ασύμμετρη διέγερση των μεταφορέων προκαλεί φωτογγύματα σε διαφορετικές κατευθύνσεις σε πραγματικό χώρο, γεγονός που επηρεάζει την κατεύθυνση και τη συμμετρία της ολίσθησης μεταξύ των στρώσεων του συστήματος. Δεδομένου ότι οι τοπολογικές ιδιότητες του WTE2, όπως ο αριθμός των σημείων Weyl και ο βαθμός διαχωρισμού στον χώρο της ορμής, εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη συμμετρία του συστήματος (Εικόνα 3), η ασύμμετρη διέγερση των φορέων θα επιφέρει διαφορετική συμπεριφορά των quastiplicles Weyl στο χώρο της ορμής και τις αντίστοιχες αλλαγές στις τοπολογικές ιδιότητες του συστήματος. Έτσι, η μελέτη παρέχει ένα σαφές διάγραμμα φάσης για μεταβάσεις φωτοτοπολογικής φάσης (Εικόνα 4).
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι πρέπει να δοθεί προσοχή η χειραψία της διέγερσης του φορέα κοντά στο σημείο Weyl, και πρέπει να αναλυθούν οι ατομικές τροχιακές ιδιότητες της λειτουργίας των κυμάτων. Τα αποτελέσματα των δύο είναι παρόμοιες, αλλά ο μηχανισμός είναι προφανώς διαφορετικός, γεγονός που παρέχει μια θεωρητική βάση για την εξήγηση της ιδιαιτερότητας των σημείων Weyl. Επιπλέον, η υπολογιστική μέθοδος που υιοθετήθηκε σε αυτή τη μελέτη μπορεί να κατανοήσει βαθιά τις πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις και τις δυναμικές συμπεριφορές στα ατομικά και ηλεκτρονικά επίπεδα σε μια υπερ-γρήγορη χρονική κλίμακα, αποκαλύπτει τους μικροφυσικούς μηχανισμούς τους και αναμένεται να είναι ένα ισχυρό εργαλείο για μελλοντικές έρευνες για μη γραμμικά οπτικά φαινόμενα σε τοπολογικά υλικά.
Τα αποτελέσματα είναι στο περιοδικό Nature Communications. Το ερευνητικό έργο υποστηρίζεται από το Εθνικό Σχέδιο Έρευνας και Ανάπτυξης, το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών και το Στρατηγικό Πιλοτικό Έργο (Κατηγορία Β) της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών.
Εικ.1.Α. Ο κανόνας επιλογής χειραψίας για τα σημεία Weyl με θετικό σημάδι χειροποίητου (χ =+1) υπό κυκλικά πολωμένο φως. Επιλεκτική διέγερση λόγω ατομικής τροχιακής συμμετρίας στο σημείο Weyl του b. χ =+1 σε on-line πολωμένο φως
ΣΥΚΟ. 2. Διάγραμμα ατομικής δομής του Α, TD-WTE2. σι. Δομή ζώνης κοντά στην επιφάνεια Fermi. (γ) δομή ζώνης και σχετικές συνεισφορές ατομικών τροχιακών που διανέμονται κατά μήκος υψηλών συμμετρικών γραμμών στην περιοχή Brillouin, τα βέλη (1) και (2) αντιπροσωπεύουν διέγερση κοντά ή μακριά από τα σημεία Weyl, αντίστοιχα. ρε. Ενίσχυση της δομής της ζώνης κατά μήκος της κατεύθυνσης Gamma-X
Εικ.3.AB: Η σχετική κίνηση ενδιάμεσης στρώσης της γραμμικά πολωμένης κατεύθυνσης πόλωσης φωτός κατά μήκος του άξονα Α και του άξονα Β του κρυστάλλου και ο αντίστοιχος τρόπος κίνησης απεικονίζεται. Γ. Σύγκριση μεταξύ θεωρητικής προσομοίωσης και πειραματικής παρατήρησης. DE: Εξέλιξη συμμετρίας του συστήματος και η θέση, ο αριθμός και ο βαθμός διαχωρισμού των δύο πλησιέστερων σημείων Weyl στο επίπεδο KZ = 0
ΣΥΚΟ. 4. Μεταβάση φωτοτοπολογικής φάσης σε TD-WTE2 για γραμμικά πολωμένη ελαφριά ενέργεια φωτονίων (?) Ω) και κατεύθυνση πόλωσης (θ) εξαρτώμενο διάγραμμα φάσης
Χρόνος δημοσίευσης: Σεπ-25-2023