Прогрес був досягнутий у дослідженні надшвидкісного руху квазартії Вейла, контрольованих за допомогоюлазери
В останні роки теоретичні та експериментальні дослідження топологічних квантових станів та топологічних квантових матеріалів стали гарячою темою у галузі фізики конденсованої речовини. Як нова концепція класифікації речовини, топологічний порядок, як і симетрія, є фундаментальною концепцією фізики конденсованої речовини. Глибоке розуміння топології пов'язане з основними проблемами у фізиці конденсованої речовини, таких як основна електронна структураквантові фази, квантові фазові переходи та збудження багатьох іммобілізованих елементів у квантових фазах. У топологічних матеріалах зв'язок між багатьма ступенями свободи, такими як електрони, фонони та спін, відіграє вирішальну роль у розумінні та регулюванні властивостей матеріалів. Світлове збудження може бути використане для розмежування різних взаємодій та маніпулювання станом речовини та інформації про основні фізичні властивості матеріалу, структурні фазові переходи та нові квантові стани. В даний час взаємозв'язок між макроскопічною поведінкою топологічних матеріалів, керованих світлим полем та їх мікроскопічною атомною структурою та електронними властивостями, стало дослідницькою метою.
Поведінка фотоелектричної реакції топологічних матеріалів тісно пов'язана з його мікроскопічною електронною структурою. Для топологічних напівметалів збудження носія поблизу перетину смуги дуже чутливий до характеристик хвильових функцій системи. Вивчення нелінійних оптичних явищ у топологічних напівметалах може допомогти нам краще зрозуміти фізичні властивості збуджених станів системи, і очікується, що ці ефекти можуть бути використані при виробництвіОптичні пристроїта проектування сонячних батарей, що забезпечує потенційні практичні застосування в майбутньому. Наприклад, у напівметалі Вейля, поглинання фотона кругового поляризованого світла призведе до перегортання спіну, а для того, щоб задовольнити збереження кутового імпульсу, збудження електронів з обох боків конуса Вейля буде асиметрично розподіленим по напрямку кругового поляризованого розповсюдження світла, яке називається правилом хіру (рис. 1).
Теоретичне дослідження нелінійних оптичних явищ топологічних матеріалів зазвичай застосовує метод поєднання обчислення властивостей матеріального основного стану та аналізу симетрії. Однак у цьому методі є деякі дефекти: йому не вистачає динамічної інформації в режимі реального часу збуджених носіїв у просторі та реальному просторі, і він не може встановити пряме порівняння з методом експериментального виявлення, що вирішується часом. Зв'язок між електронами-фононами та фотон-фононами не можна враховувати. І це важливо для певних фазових переходів. Крім того, цей теоретичний аналіз, заснований на теорії збурень, не може мати справу з фізичними процесами в умовах сильного світла. Моделювання функціональної молекулярної динаміки, що залежить від часу (TDDFT-MD), на основі перших принципів може вирішити вищезазначені задачі.
Нещодавно під керівництвом дослідника Менг Шен, докторантуру Гуана Менгксу та докторанта Ванг Ен з групи SF10 Ключової лабораторії поверхневої фізики Інституту фізики Китайської академії наук/Пекіна Національного дослідницького центру концентрованої речовини, у співпраці з професором Сун Джіатао Дінамінського інституту технологій, що використовується, вживається інститутом Беяїнгінга, що використовує інститут Беїмінга, використовуваного інституту, що використовується, вживається інститутом Бехінжингінга інституту технологій. Програмне забезпечення TDAP. Досліджуються характеристики реагування на збудження кваліфіарта до надшвидкого лазера у другому види напівметалевого WTE2 WEYL.
Було показано, що селективне збудження носіїв поблизу точки Вейля визначається атомною орбітальною симетрією та правилом вибору переходу, яке відрізняється від звичайного правила відбору спіну для хірального збудження, і його шляху збудження можна контролювати шляхом зміни напрямку поляризації лінійного поляризованого світла та енергії фотона (рис. 2).
Асиметричне збудження носіїв індукує фотоструми в різних напрямках у реальному просторі, що впливає на напрямок та симетрію прошаряного ковзання системи. Оскільки топологічні властивості WTE2, такі як кількість точок Вейля та ступінь розділення в просторі імпульсу, сильно залежать від симетрії системи (мал. 3), асиметричне збудження носіїв призведе до різної поведінки Вейль -кастритин у просторі імпульсу та відповідає змінам топологічних властивостей системи. Таким чином, дослідження забезпечує чітку фазову схему для фототопологічних фазових переходів (рис. 4).
Результати показують, що хіральність збудження носіїв поблизу Вейль -точки повинна звертатися до уваги, а атомні орбітальні властивості хвильової функції слід проаналізувати. Ефекти двох схожі, але механізм, очевидно, відрізняється, що дає теоретичну основу для пояснення сингулярності точок Вейля. Крім того, обчислювальний метод, прийнятий у цьому дослідженні, може глибоко зрозуміти складні взаємодії та динамічну поведінку на атомних та електронних рівнях у супер швидкій часовій шкалі, виявити їх мікрофізичні механізми, і, як очікується, буде потужним інструментом для майбутніх досліджень нелінійних оптичних явищ у топологічних матеріалах.
Результати в журналі Nature Communications. Дослідницька робота підтримується Національним ключовим планом досліджень та розробок, Національним природним науковим фондом та стратегічним пілотним проектом (категорія B) Китайської академії наук.
Рис.1.А. Правило вибору хіральності для Вейльських точок з позитивним знаком хіральності (χ =+1) під круговим поляризованим світлом; Селективне збудження внаслідок атомної орбітальної симетрії в точці Вейля b. χ =+1 в он-лайн поляризованому світлі
Рис. 2. Діаграма атомної структури A, TD-WTE2; б. Структура смуги поблизу поверхні Фермі; (c) структура смуги та відносний внесок атомних орбіталей, розподілених по високих симетричних лініях у області Бріллуїна, стрілки (1) та (2) представляють збудження поблизу або далеко від точок Вейля відповідно; д. Ампліфікація структури смуги вздовж напрямку Gamma-X
Рис.3.Ab: Відносний міжшаровий рух лінійно поляризованого напрямку поляризації світла вздовж осі А та в осі кристала і проілюстровано відповідний режим руху; C. Порівняння між теоретичним моделюванням та експериментальним спостереженням; DE: Еволюція симетрії системи та положення, число та ступінь розділення двох найближчих точок Вейля в площині KZ = 0
Рис. .
Час посади: 25-2023 рр.