Pwogrè te fèt nan etid la nan mouvman ultrafast nan Weil Quasiparticles kontwole pa lazer

Pwogrè te fèt nan etid la nan mouvman ultrafast nan Weil Quasiparticles kontwole palazer

Nan dènye ane yo, te rechèch la teyorik ak eksperimantal sou eta pwopòsyon topolojik ak materyèl pwopòsyon topolojik vin yon sijè cho nan jaden an nan fizik matyè kondanse. Kòm yon nouvo konsèp nan klasifikasyon matyè, lòd topolojik, tankou simetri, se yon konsèp fondamantal nan fizik matyè kondanse. Yon konpreyansyon gwo twou san fon nan topoloji ki gen rapò ak pwoblèm debaz yo nan fizik matyè kondanse, tankou estrikti nan debaz elektwonik nanFaz pwopòsyonèl, tranzisyon faz pwopòsyonèl ak eksitasyon nan anpil eleman imobilize nan faz pwopòsyonèl. Nan materyèl topolojik, kouti ki genyen ant anpil degre libète, tankou elektwon, fon ak vire, jwe yon wòl desizif nan konpreyansyon ak reglemante pwopriyete materyèl. Ka eksitasyon limyè dwe itilize yo fè distenksyon ant ant entèraksyon diferan ak manipile eta a nan matyè yo, ak enfòmasyon sou pwopriyete debaz materyèl la fizik la, tranzisyon faz estriktirèl, ak nouvo eta pwopòsyon ka Lè sa a, ka jwenn. Kounye a, relasyon ki genyen ant konpòtman makroskopik nan materyèl topolojik kondwi pa jaden limyè ak estrikti mikwoskopik yo ak pwopriyete elektwonik te vin yon objektif rechèch.

Konpòtman repons foto -elektrik la nan materyèl topolojik se pre relasyon ak estrikti mikwoskopik li yo elektwonik. Pou topolojik semi-metal, eksitasyon an konpayi asirans tou pre entèseksyon an gwoup se trè sansib a karakteristik yo ki fonksyon vag nan sistèm lan. Etid la nan fenomèn optik linear nan topolojik semi-metal ka ede nou pi byen konprann pwopriyete yo fizik nan eta yo eksite nan sistèm lan, epi li espere ke efè sa yo ka itilize nan fabrike nanAparèy optikak desen an nan selil solè, bay aplikasyon pou potansyèl pratik nan lavni. Pou egzanp, nan yon Weyl semi-metal, absòbe yon foton nan limyè sikilè polarize pral lakòz vire a baskile, ak yo nan lòd yo satisfè konsèvasyon nan momantòm angilè, eksitasyon an elèktron sou tou de bò nan kòn la weyl yo pral asimetri distribye sou direksyon an nan seleksyon an.

Etid la teyorik nan fenomèn optik linear nan materyèl topolojik anjeneral adopte metòd la nan konbine kalkil la nan pwopriyete eta materyèl tè ak analiz simetri. Sepandan, metòd sa a gen kèk domaj: li manke enfòmasyon an tan reyèl dinamik nan transpòtè eksite nan espas momantòm ak espas reyèl, epi li pa ka etabli yon konparezon dirèk ak tan-rezoud metòd la deteksyon eksperimantal. Kouti ki genyen ant elèktron-phonons ak foton-phonons pa ka konsidere. Lè sa a se kritik pou sèten tranzisyon faz rive. Anplis de sa, analiz sa a teyorik ki baze sou teyori perturbation pa ka fè fas ak pwosesis fizik yo anba jaden an limyè fò. Tan-depandan dansite fonksyonèl dinamik molekilè (TDDFT-MD) simulation ki baze sou prensip premye ka rezoud pwoblèm ki anwo yo.

Recently, under the guidance of researcher Meng Sheng, postdoctoral researcher Guan Mengxue and doctoral student Wang En of the SF10 Group of the State Key Laboratory of Surface Physics of the Institute of Physics of the Chinese Academy of Sciences/Beijing National Research Center for Concentrated Matter Physics, in collaboration with Professor Sun Jiatao of the Beijing Institute of Technology, they used the self-developed excited state dynamics Simulation lojisyèl TDAP. Karakteristik repons yo nan eksitasyon quastiparticle nan lazè ultrafast nan dezyèm kalite a nan Weyl semi-metal WTE2 yo envestige.

Li te montre ke eksitasyon an selektif nan transpòtè tou pre pwen an Weyl detèmine pa simetri òbital atomik ak règ seleksyon tranzisyon, ki se diferan de règ la abityèl seleksyon vire pou eksitasyon chiral, ak chemen eksitasyon li yo ka kontwole pa chanje direksyon an polarizasyon nan limyè lineyè polarize ak enèji foton (Fig. 2).

Eksitasyon asimetri nan transpòtè antren photocurrents nan diferan direksyon nan espas reyèl, ki afekte direksyon an ak simetri nan glise nan entèrlayer nan sistèm lan. Depi pwopriyete yo topolojik nan WTE2, tankou nimewo a nan pwen Weyl ak degre nan separasyon nan espas ki la momantòm, yo trè depann sou simetri a nan sistèm lan (Figi 3), eksitasyon an asimetri nan transpòtè pral pote sou konpòtman diferan nan Weyl quastiparticles nan espas ki la momantòm ak chanjman ki koresponn nan pwopriyete yo topolojik nan sistèm yo. Kidonk, etid la bay yon dyagram faz klè pou tranzisyon faz fototopolojik (Figi 4).

Rezilta yo montre ke yo ta dwe chiralite a nan eksitasyon konpayi asirans tou pre Weyl Point dwe peye atansyon a, ak pwopriyete yo atomik òbital nan fonksyon vag yo ta dwe analize. Efè yo nan de yo menm jan an, men mekanis a se evidamman diferan, ki bay yon baz teyorik pou eksplike singularité a nan pwen Weyl. Anplis de sa, metòd la enfòmatik adopte nan etid sa a ka pwofondman konprann entèraksyon yo konplèks ak konpòtman dinamik nan nivo yo atomik ak elektwonik nan yon echèl tan super-vit, revele mekanism microphysical yo, epi yo espere yo dwe yon zouti pwisan pou rechèch nan lavni sou fenomèn optik linear nan materyèl topolojik.

Rezilta yo nan jounal la Nature Communications. Se travay rechèch la ki te sipòte pa Nasyonal Key Rechèch ak Devlopman Plan an, Nasyonal Natirèl Syans Fondasyon an ak Pwojè a Pilòt Estratejik (Kategori B) nan Akademi Chinwa a nan Syans.

Fig.1.A. Règleman seleksyon chiralite a pou pwen weyl ak siy pozitif chiralite (χ =+1) anba limyè sikilè polarize; Eksitasyon selektif akòz simetri òbital atomik nan pwen Weyl nan b. χ =+1 nan sou-liy limyè polarize

Fig. 2. Dyagram estrikti atomik nan A, Td-Wte2; b. Estrikti bann tou pre sifas la Fermi; (c) estrikti bann ak kontribisyon relatif nan orbital atomik distribiye sou liy segondè simetrik nan rejyon an Brillouin, flèch (1) ak (2) reprezante eksitasyon tou pre oswa lwen pwen Weyl, respektivman; d. Anplifikasyon nan estrikti bann ansanm direksyon an gamma-x

Fig.3.AB: Mouvman entèrlayer relatif la nan direksyon polarize polarize limyè sou aks la A-aks ak B-aks nan kristal la, epi li se mòd mouvman ki koresponn lan ilistre; C. Konparezon ant simulation teyorik ak obsèvasyon eksperimantal; DE: Evolisyon simetri nan sistèm lan ak pozisyon an, nimewo ak degre nan separasyon de pwen ki pi pre Weyl nan KZ = 0 avyon an

Fig. 4. Tranzisyon faz fototopolojik nan TD-WTE2 pou enèji lineyè polarize fotonik limyè (?) Ω) ak direksyon polarizasyon (θ) dyagram faz depandan