Напредък е постигнат в изследването на ултрабърното движение на квазипартикули Weil, контролирани отЛазери
През последните години теоретичните и експериментални изследвания на топологичните квантови състояния и топологичните квантови материали се превърнаха в гореща тема в областта на физиката на кондензираната материя. Като нова концепция за класификация на материята, топологичният ред, подобно на симетрията, е основна концепция в физиката на кондензираната материя. Дълбокото разбиране на топологията е свързано с основните проблеми във физиката на кондензираната материя, като основната електронна структура наКвантови фази, Квантови фазови преходи и възбуждане на много имобилизирани елементи в квантовите фази. В топологичните материали свързването между много степени на свобода, като електрони, фонони и спин, играе решителна роля в разбирането и регулирането на материалните свойства. Леко възбуждане може да се използва за разграничаване между различни взаимодействия и манипулиране на състоянието на материята и след това може да се получи информация за основните физически свойства на материала, структурните фазови преходи и нови квантови състояния. Понастоящем връзката между макроскопското поведение на топологичните материали, задвижвано от леко поле и тяхната микроскопична атомна структура и електронни свойства, се превърна в изследователска цел.
Поведението на фотоелектричния отговор на топологичните материали е тясно свързано с неговата микроскопична електронна структура. За топологичните полуметали, възбуждането на носителя в близост до пресечната точка на лентата е силно чувствително към характеристиките на функцията на вълната на системата. Изследването на нелинейните оптични явления в топологичните полуметали може да ни помогне да разберем по-добре физическите свойства на възбудените състояния на системата и се очаква тези ефекти да могат да се използват при производството наоптични устройстваи дизайн на слънчеви клетки, осигуряващи потенциални практически приложения в бъдеще. Например, в полуметал на Weyl, поглъщането на фотон от кръгово поляризирана светлина ще доведе до завъртане на въртене и за да се посрещне запазването на ъглов инерция, възбуждането на електрон от двете страни на Weyl Cone ще бъде асиметрично разпределено по посоката на кръговото поляризирано разпространение на светлината, което се нарича Chiral Selection Selection по посоката на кръговото поляризирано разпространение на светлината, което се нарича CHIRAL SELECTION RELECTION (1).
Теоретичното изследване на нелинейните оптични явления на топологичните материали обикновено приема метода за комбиниране на изчисляването на свойствата на основното състояние и анализа на симетрията. Този метод обаче има някои дефекти: липсва динамична информация в реално време на възбудени носители в пространството на импулса и реалното пространство и не може да установи пряко сравнение с метода на експериментално откриване, разрешен във времето. Не може да се вземе предвид свързването между електрон-фонони и фотон-фонони. И това е от решаващо значение за определени фазови преходи, които да се извършват. В допълнение, този теоретичен анализ, основан на теорията на смущения, не може да се справи с физическите процеси в рамките на силното леко поле. Симулацията на функционалната молекулярна динамика на плътността, зависима от времето (TDDFT-MD), базирана на първите принципи, може да реши горните проблеми.
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 Софтуер TDAP. Изследвани са характеристиките на реакцията на възбуждането на Quastiparticle към ултрабърз лазер във втория вид Weyl полуметален WTE2.
Показано е, че селективното възбуждане на носители в близост до точката на Weyl се определя от атомна орбитална симетрия и правило за подбор на преход, което е различно от обичайното правило за подбор на въртене за хирално възбуждане и неговият път на възбуждане може да бъде контролиран чрез промяна на поляризационната посока на линейна поляризирана светлина и фотонова енергия (фиг. 2).
Асиметричното възбуждане на носителите предизвиква фотострументи в различни посоки в реално пространство, което засяга посоката и симетрията на междинния фиш на системата. Тъй като топологичните свойства на WTE2, като броя на точките на Weyl и степента на разделяне в пространството на импулса, са силно зависими от симетрията на системата (Фигура 3), асиметричното възбуждане на носителите ще доведе до различно поведение на уейл quastiparticles в пространството на импулса и съответните промени в топологичните свойства на системата. По този начин, изследването осигурява ясна фазова диаграма за фототопологични фазови преходи (Фигура 4).
Резултатите показват, че трябва да се обърне внимание на хиралността на възбуждането на носителя в близост до точката на Weyl и трябва да се анализират атомните орбитални свойства на функцията на вълната. Ефектите на двете са сходни, но механизмът очевидно е различен, което осигурява теоретична основа за обяснение на сингулярността на точките на Weyl. В допълнение, изчислителният метод, приет в това проучване, може дълбоко да разбере сложните взаимодействия и динамичното поведение на атомните и електронните нива в супер бързо време, да разкрие техните микрофизични механизми и се очаква да бъде мощен инструмент за бъдещи изследвания на нелинейните оптични феномени в топологичните материали.
Резултатите са в списанието Nature Communications. Изследователската работа е подкрепена от Националния план за изследване и развитие, Националната природонаучна фондация и стратегическия пилотен проект (категория Б) на Китайската академия на науките.
Фиг.1.A. Правилото за подбор на хиралност за точките на Weyl с положителен знак за хиралност (χ =+1) под кръгово поляризирана светлина; Селективно възбуждане поради атомна орбитална симетрия в точката на Weyl от b. χ =+1 в он-лайн поляризирана светлина
Фиг. 2. Диаграма на атомна структура на A, TD-LTE2; б. Структура на лентата близо до повърхността на Ферми; в) структура на лентата и относителният принос на атомните орбитали, разпределени по високи симетрични линии в областта на Брилуин, стрелките (1) и (2) представляват възбуждане близо или далеч от точките на Weyl, съответно; г. Амплификация на структурата на лентата по посоката на гама-X
Фиг.3.AB: Относителното междуслойно движение на линейно поляризирана поляризация на светлината по поляризация по поляризация по протежение на оста A и B-ос на кристала и съответният режим на движение е илюстриран; В. Сравнение между теоретична симулация и експериментално наблюдение; DE: Еволюция на симетрията на системата и позицията, броя и степента на разделяне на двете най -близки точки на Weyl в равнината kz = 0
Фиг. 4. Фотопологичен фазов преход в TD-LTE2 за линейно поляризирана светлинна фотонова енергия (?) Ω) и посока на поляризация (θ) фазова диаграма на фазата
Време за публикация: септември 25-2023