Yo fè pwogrè nan etid mouvman ultra rapid kwazipartikil Weil yo kontwole palazè
Nan dènye ane sa yo, rechèch teyorik ak eksperimantal sou eta kwantik topolojik ak materyèl kwantik topolojik vin tounen yon sijè cho nan domèn fizik matyè kondanse a. Kòm yon nouvo konsèp klasifikasyon matyè, lòd topolojik, tankou simetri, se yon konsèp fondamantal nan fizik matyè kondanse. Yon konpreyansyon pwofon sou topoloji gen rapò ak pwoblèm debaz nan fizik matyè kondanse a, tankou estrikti elektwonik debaz...faz kwantik yo, tranzisyon faz kwantik ak eksitasyon anpil eleman imobilize nan faz kwantik. Nan materyèl topolojik yo, kouplaj ant plizyè degre libète, tankou elektwon, fonon ak spin, jwe yon wòl desizif nan konpreyansyon ak regilasyon pwopriyete materyèl yo. Eksitasyon limyè ka itilize pou distenge ant diferan entèraksyon epi manipile eta matyè a, epi enfòmasyon sou pwopriyete fizik debaz materyèl la, tranzisyon faz estriktirèl, ak nouvo eta kwantik yo ka jwenn. Kounye a, relasyon ki genyen ant konpòtman makroskopik materyèl topolojik ki kondwi pa chan limyè ak estrikti atomik mikwoskopik yo ak pwopriyete elektwonik yo vin tounen yon objektif rechèch.
Konpòtman repons fotoelektrik materyèl topolojik yo gen yon relasyon sere avèk estrikti elektwonik mikwoskopik li. Pou semi-metal topolojik yo, eksitasyon transpòtè a toupre entèseksyon bann lan trè sansib a karakteristik fonksyon vag sistèm nan. Etid fenomèn optik non lineyè nan semi-metal topolojik yo ka ede nou pi byen konprann pwopriyete fizik eta eksite sistèm nan, epi yo espere ke efè sa yo ka itilize nan fabrikasyon...aparèy optikak konsepsyon selil solè yo, ki bay aplikasyon pratik potansyèl nan lavni. Pa egzanp, nan yon semi-metal Weyl, absòpsyon yon foton limyè polarize sikilèman pral lakòz spin an baskile, epi pou satisfè konsèvasyon momantòm angilè a, eksitasyon elektwon sou tou de bò kòn Weyl la pral distribye asimetrikman sou direksyon pwopagasyon limyè polarize sikilèman an, sa yo rele règ seleksyon kiral la (Figi 1).
Etid teyorik fenomèn optik non lineyè nan materyèl topolojik yo anjeneral adopte metòd ki konbine kalkil pwopriyete eta fondamantal materyèl yo ak analiz simetri. Sepandan, metòd sa a gen kèk defo: li manke enfòmasyon dinamik an tan reyèl sou transpòtè eksite nan espas momantòm ak espas reyèl, epi li pa ka etabli yon konparezon dirèk ak metòd deteksyon eksperimantal rezoud nan tan an. Kouplaj ant elektwon-fonon ak foton-fonon pa ka konsidere. Epi sa a enpòtan pou sèten tranzisyon faz rive. Anplis de sa, analiz teyorik sa a ki baze sou teyori perturbasyon pa ka fè fas ak pwosesis fizik yo anba yon chan limyè fò. Similasyon dinamik molekilè fonksyonèl dansite depandan de tan (TDDFT-MD) ki baze sou premye prensip yo ka rezoud pwoblèm ki anwo yo.
Resaman, anba sipèvizyon chèchè Meng Sheng, chèchè postdoktora Guan Mengxue ak etidyan doktora Wang En nan Gwoup SF10 nan Laboratwa Eta Kle Fizik Sifas nan Enstiti Fizik Akademi Syans Chinwa/Sant Rechèch Nasyonal Beijing pou Fizik Matyè Konsantre, an kolaborasyon avèk Pwofesè Sun Jiatao nan Enstiti Teknoloji Beijing, yo te itilize lojisyèl simulation dinamik eta eksite TDAP ki te devlope pa yo. Yo te envestige karakteristik repons eksitasyon kwastipartikil a lazè ultra rapid nan dezyèm kalite semi-metal Weyl WTe2 la.
Li te montre ke eksitasyon selektif transpòtè yo toupre pwen Weyl la detèmine pa simetri òbital atomik ak règ seleksyon tranzisyon an, ki diferan de règ seleksyon spin abityèl la pou eksitasyon kiral, epi chemen eksitasyon li ka kontwole lè yo chanje direksyon polarizasyon limyè polarize lineyèman ak enèji foton an (FIG. 2).
Eksitasyon asimetrik transpòtè yo pwovoke fotokouran nan diferan direksyon nan espas reyèl, sa ki afekte direksyon ak simetri glisman entèkouch sistèm lan. Piske pwopriyete topolojik WTe2 yo, tankou kantite pwen Weyl ak degre separasyon nan espas momantòm lan, depann anpil de simetri sistèm lan (Figi 3), eksitasyon asimetrik transpòtè yo pral lakòz diferan konpòtman kwastipartikil Weyl yo nan espas momantòm lan ak chanjman korespondan nan pwopriyete topolojik sistèm lan. Kidonk, etid la bay yon dyagram faz klè pou tranzisyon faz fototopolojik yo (Figi 4).
Rezilta yo montre ke yo ta dwe peye atansyon sou kiralite eksitasyon transpòtè toupre pwen Weyl la, epi yo ta dwe analize pwopriyete orbital atomik fonksyon vag la. Efè de yo sanble men mekanis lan evidamman diferan, sa ki bay yon baz teyorik pou eksplike singularite pwen Weyl yo. Anplis de sa, metòd enfòmatik yo adopte nan etid sa a ka konprann an pwofondè entèraksyon konplèks ak konpòtman dinamik nan nivo atomik ak elektwonik nan yon echèl tan super rapid, revele mekanis mikwofizik yo, epi yo espere ke li pral yon zouti pwisan pou rechèch nan lavni sou fenomèn optik non lineyè nan materyèl topolojik yo.
Rezilta yo nan jounal Nature Communications. Travay rechèch la resevwa sipò Plan Nasyonal pou Rechèch ak Devlopman Kle, Fondasyon Nasyonal Syans Natirèl ak Pwojè Pilòt Estratejik (Kategori B) Akademi Syans Chinwa a.
FIG.1.a. Règ seleksyon kiralite pou pwen Weyl ki gen siy kiralite pozitif (χ=+1) anba limyè polarize sikilè; Eksitasyon selektif akòz simetri òbital atomik nan pwen Weyl b. χ=+1 nan limyè polarize sou entènèt.
FIG. 2. Dyagram estrikti atomik a, Td-WTe2; b. Estrikti bann toupre sifas Fermi a; (c) Estrikti bann ak kontribisyon relatif orbital atomik yo distribye sou liy simetrik ki wo nan rejyon Brillouin nan, flèch (1) ak (2) reprezante eksitasyon toupre oswa lwen pwen Weyl yo, respektivman; d. Anplifikasyon estrikti bann sou direksyon Gamma-X la
FIG.3.ab: Mouvman relatif ant kouch limyè polarize lineyèman sou aks A ak aks B kristal la, ak mòd mouvman korespondan an ilistre; C. Konparezon ant simulation teyorik ak obsèvasyon eksperimantal; de: Evolisyon simetri sistèm nan ak pozisyon, kantite ak degre separasyon de pwen Weyl ki pi pre yo nan plan kz=0 la.
FIG. 4. Tranzisyon faz fototopolojik nan Td-WTe2 pou enèji foton limyè polarize lineyèman (?) ω) ak dyagram faz ki depann de direksyon polarizasyon (θ).
Dat piblikasyon: 25 septanm 2023