Ang pag -unlad ay ginawa sa pag -aaral ng ultrafast motion ng weil quasiparticles na kinokontrol nglaser
Sa mga nagdaang taon, ang teoretikal at pang -eksperimentong pananaliksik sa mga estado ng topological na mga estado at topological quantum na materyales ay naging isang mainit na paksa sa larangan ng pisikal na bagay na pisika. Bilang isang bagong konsepto ng pag -uuri ng bagay, ang pagkakasunud -sunod ng topological, tulad ng simetrya, ay isang pangunahing konsepto sa condensed matter physics. Ang isang malalim na pag -unawa sa topology ay nauugnay sa mga pangunahing problema sa pisikal na bagay na pisika, tulad ng pangunahing elektronikong istraktura ngMga phase ng dami. Sa mga topological na materyales, ang pagkabit sa pagitan ng maraming mga antas ng kalayaan, tulad ng mga electron, ponon at pag -ikot, ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa pag -unawa at pag -regulate ng mga materyal na katangian. Ang light excitation ay maaaring magamit upang makilala sa pagitan ng iba't ibang mga pakikipag -ugnay at manipulahin ang estado ng bagay, at ang impormasyon tungkol sa mga pangunahing pisikal na katangian ng materyal, mga paglilipat ng istruktura, at mga bagong estado ng dami ay maaaring makuha. Sa kasalukuyan, ang ugnayan sa pagitan ng macroscopic na pag -uugali ng mga topological na materyales na hinimok ng light field at ang kanilang mikroskopikong istraktura ng atomic at mga elektronikong katangian ay naging isang layunin ng pananaliksik.
Ang photoelectric na pag -uugali ng pagtugon ng mga topological na materyales ay malapit na nauugnay sa mikroskopikong elektronikong istraktura. Para sa topological semi-metal, ang paggulo ng carrier na malapit sa intersection ng banda ay lubos na sensitibo sa mga katangian ng pag-andar ng alon ng system. Ang pag-aaral ng mga nonlinear optical phenomena sa topological semi-metal ay makakatulong sa amin upang mas maunawaan ang mga pisikal na katangian ng mga nasasabik na estado ng system, at inaasahan na ang mga epektong ito ay maaaring magamit sa paggawa ngmga optical na aparatoat ang disenyo ng mga solar cells, na nagbibigay ng mga potensyal na praktikal na aplikasyon sa hinaharap. Halimbawa, sa isang weyl semi-metal, ang pagsipsip ng isang photon ng pabilog na polarized na ilaw ay magiging sanhi ng pag-ikot ng pag-ikot, at upang matugunan ang pag-iingat ng angular momentum, ang paggulo ng elektron sa magkabilang panig ng weyl cone ay magiging asymmetrically na ipinamamahagi kasama ang direksyon ng circularly polarized light propagation, na kung saan ay tinatawag na Chiral Selection Rule (Larawan 1).
Ang teoretikal na pag -aaral ng nonlinear optical phenomena ng mga topological na materyales ay karaniwang nagpatibay ng paraan ng pagsasama ng pagkalkula ng mga materyal na estado ng estado at pagsusuri ng simetrya. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay may ilang mga depekto: kulang ito sa real-time na dynamic na impormasyon ng mga nasasabik na mga carrier sa momentum space at totoong espasyo, at hindi ito maaaring magtatag ng isang direktang paghahambing sa oras na nalutas na eksperimentong pamamaraan ng pagtuklas. Ang pagkabit sa pagitan ng mga electron-phonon at photon-phonon ay hindi maaaring isaalang-alang. At ito ay mahalaga para sa ilang mga paglipat ng phase na magaganap. Bilang karagdagan, ang teoretikal na pagsusuri na batay sa perturbation theory ay hindi makitungo sa mga pisikal na proseso sa ilalim ng malakas na larangan ng ilaw. Ang oras na umaasa sa density ng functional na molekular na dinamika (TDDFT-MD) na simulation batay sa mga unang prinsipyo ay maaaring malutas ang mga problema sa itaas.
Kamakailan lamang, sa ilalim ng gabay ng mananaliksik na si Meng Sheng, postdoctoral researcher na si Guan Mengxue at mag-aaral ng doktor na si Wang en ng SF10 Group ng State Key Laboratory of Surface Physics ng Institute of Physics ng Chinese Academy of Sciences/Beijing National Research Center para sa concentrated matter physics, sa pakikipagtulungan sa sarili na si Sun Simulation Software TDAP. Ang mga katangian ng pagtugon ng quastiparticle excitation sa ultrafast laser sa pangalawang uri ng Weyl semi-metal WTE2 ay sinisiyasat.
Ipinakita na ang pumipili na paggulo ng mga carrier na malapit sa Weyl point ay natutukoy ng atomic orbital symmetry at transition seleksyon na panuntunan, na naiiba sa karaniwang panuntunan ng pagpili ng pag -ikot para sa chiral excitation, at ang landas ng paggulo nito ay maaaring kontrolado sa pamamagitan ng pagbabago ng direksyon ng polariseysyon ng linearly polarized light at photon energy (Fig. 2).
Ang asymmetric excitation ng mga carrier ay nagpapahiwatig ng mga photocurrents sa iba't ibang direksyon sa totoong puwang, na nakakaapekto sa direksyon at simetrya ng interlayer slip ng system. Dahil ang mga topological na katangian ng WTE2, tulad ng bilang ng mga puntos ng weyl at ang antas ng paghihiwalay sa puwang ng momentum, ay lubos na nakasalalay sa simetrya ng system (Larawan 3), ang asymmetric excitation ng mga carrier ay magdadala ng iba't ibang pag -uugali ng Weyl quastarticles sa momentum space at kaukulang mga pagbabago sa mga topological na katangian ng system. Kaya, ang pag -aaral ay nagbibigay ng isang malinaw na diagram ng phase para sa mga phototopological phase transitions (Larawan 4).
Ang mga resulta ay nagpapakita na ang chirality ng carrier excitation malapit sa Weyl point ay dapat bigyang pansin, at ang mga atomic orbital na katangian ng pag -andar ng alon ay dapat masuri. Ang mga epekto ng dalawa ay magkatulad ngunit ang mekanismo ay malinaw na naiiba, na nagbibigay ng isang teoretikal na batayan para sa pagpapaliwanag ng pagkakapareho ng mga puntos ng weyl. Bilang karagdagan, ang pamamaraan ng computational na pinagtibay sa pag-aaral na ito ay maaaring maunawaan nang malalim ang mga kumplikadong pakikipag-ugnay at dinamikong pag-uugali sa mga antas ng atomic at electronic sa isang napakabilis na scale ng oras, ibunyag ang kanilang mga mekanismo ng mikropono, at inaasahan na maging isang malakas na tool para sa hinaharap na pananaliksik sa mga nonlinear optical phenomena sa mga topological na materyales.
Ang mga resulta ay nasa journal na Komunikasyon ng Kalikasan. Ang gawaing pananaliksik ay suportado ng National Key Research and Development Plan, National Natural Science Foundation at ang Strategic Pilot Project (Category B) ng Chinese Academy of Sciences.
Fig.1.A. Ang panuntunan sa pagpili ng chirality para sa mga puntos ng Weyl na may positibong pag -sign ng chirality (χ =+1) sa ilalim ng pabilog na polarized light; Selective excitation dahil sa atomic orbital symmetry sa weyl point ng b. χ =+1 sa on-line polarized light
Fig. 2. Diagram ng istraktura ng Atomic ng A, TD-WTE2; b. Istraktura ng banda malapit sa ibabaw ng Fermi; . d. Pagpapalakas ng istraktura ng banda kasama ang direksyon ng gamma-x
Fig. C. Paghahambing sa pagitan ng teoretikal na simulation at pang -eksperimentong pagmamasid; DE: Ebolusyon ng simetrya ng system at ang posisyon, bilang at antas ng paghihiwalay ng dalawang pinakamalapit na puntos ng weyl sa KZ = 0 eroplano
Fig. 4. Phototopological phase transition sa TD-WTE2 para sa linearly polarized light photon energy (?) Ω) at direksyon ng polariseysyon (θ) nakasalalay na diagram ng phase
Oras ng Mag-post: Sep-25-2023