Der er gjort fremskridt i studiet af ultrahast bevægelse af Weil -kvasipartikler kontrolleret aflasere
I de senere år er den teoretiske og eksperimentelle forskning på topologiske kvantetilstande og topologiske kvantematerialer blevet et varmt emne inden for kondenseret stoffysik. Som et nyt koncept af materie -klassificering er topologisk orden som symmetri et grundlæggende koncept i kondenseret stoffysik. En dyb forståelse af topologi er relateret til de grundlæggende problemer i kondenseret stoffysik, såsom den grundlæggende elektroniske struktur afkvantefaser, kvantefaseovergange og excitation af mange immobiliserede elementer i kvantefaser. I topologiske materialer spiller koblingen mellem mange frihedsgrader, såsom elektroner, fononer og spin, en afgørende rolle i forståelse og regulering af materialegenskaber. Let excitation kan bruges til at skelne mellem forskellige interaktioner og manipulere stoftilstanden, og information om materialets grundlæggende fysiske egenskaber, strukturelle faseovergange og nye kvantetilstande kan derefter opnås. På nuværende tidspunkt er forholdet mellem makroskopisk opførsel af topologiske materialer drevet af let felt og deres mikroskopiske atomstruktur og elektroniske egenskaber blevet et forskningsmål.
Den fotoelektriske responsadfærd for topologiske materialer er tæt knyttet til dens mikroskopiske elektroniske struktur. For topologiske semi-metaler er bærer-excitation nær båndets kryds meget følsom over for systemets bølgefunktionsegenskaber. Undersøgelsen af ikke-lineære optiske fænomener i topologiske semi-metaler kan hjælpe os med bedre at forstå de fysiske egenskaber ved systemets ophidsede tilstande, og det forventes, at disse effekter kan bruges til fremstilling afOptiske enhederog design af solceller, der giver potentielle praktiske anvendelser i fremtiden. For eksempel, i en Weyl-semi-metal, der absorberer en foton med cirkulært polariseret lys, vil spin til at vende, og for at imødekomme bevarelsen af vinkelmomentum vil elektron-excitation på begge sider af Weyl-keglen være asymmetrisk fordelt langs retningen af det cirkulære polariserede lysprop, som kaldes chiralvalget (figur 1).
Den teoretiske undersøgelse af ikke -lineære optiske fænomener af topologiske materialer vedtager normalt metoden til at kombinere beregningen af materielle jordtilstandsegenskaber og symmetrianalyse. Imidlertid har denne metode nogle defekter: den mangler den realtids dynamiske information om ophidsede bærere i momentumrum og reelt rum, og den kan ikke etablere en direkte sammenligning med den tidsopløste eksperimentelle detektionsmetode. Koblingen mellem elektronfononer og fotonfononer kan ikke overvejes. Og dette er afgørende for, at visse faseovergange forekommer. Derudover kan denne teoretiske analyse baseret på forstyrrelsesteori ikke håndtere de fysiske processer under det stærke lysfelt. Den tidsafhængige densitetsfunktionelle molekylære dynamik (TDDFT-MD) -simulering baseret på første principper kan løse ovennævnte problemer.
For nylig under vejledning af forsker Meng Sheng, postdoktorisk forsker Guan Mengxue og doktorgradstuderende Wang En fra SF10-gruppen af statens nøglelaboratorium for overfladefysik i Instituttet for fysik af det kinesiske akademi for videnskab Simuleringssoftware TDAP. Responskarakteristika ved quastiparticle-excitation til ultrahast laser i den anden slags Weyl-semi-metal WTE2 undersøges.
Det er vist, at den selektive excitation af bærere nær Weyl -punktet bestemmes af atomisk orbital symmetri og overgangsudvælgelsesregel, som er forskellig fra den sædvanlige spin -selektionsregel for chiral excitation, og dens excitationssti kan kontrolleres ved at ændre polarisationsretningen for lineært polariseret lys og fotonenergi (fig. 2).
Den asymmetriske excitation af bærere inducerer fotostropper i forskellige retninger i reelt rum, hvilket påvirker retningen og symmetrien af systemets mellemlagsslip. Da de topologiske egenskaber ved WTE2, såsom antallet af Weyl -punkter og graden af adskillelse i momentumrummet, er meget afhængige af symmetrien af systemet (figur 3), vil de asymmetriske excitation af bærer medføre forskellige opførsler af weyl quastipartikler i momentummet og tilsvarende ændringer i de topologiske egenskaber i systemet. Undersøgelsen tilvejebringer således et klart fasediagram for fototopologiske faseovergange (figur 4).
Resultaterne viser, at chiraliteten af bærer -excitation i nærheden af Weyl Point skal være opmærksom på, og atomiske orbitalegenskaber af bølgefunktion skal analyseres. Virkningerne af de to er ens, men mekanismen er åbenlyst anderledes, hvilket giver et teoretisk grundlag for at forklare singulariteten af Weyl -punkter. Derudover kan den beregningsmetode, der blev anvendt i denne undersøgelse, dybt forstå de komplekse interaktioner og dynamiske opførsler på atom- og elektronisk niveau i en superhurtig tidsskala, afslører deres mikrofysiske mekanismer og forventes at være et kraftfuldt værktøj til fremtidig forskning på ikke-lineære optiske fænomener i topologiske materialer.
Resultaterne er i tidsskriftet Nature Communications. Forskningsarbejdet understøttes af National Key Research and Development Plan, National Natural Science Foundation og det strategiske pilotprojekt (kategori B) på det kinesiske videnskabsakademi.
Fig.1.A. Chiralitetsudvælgelsesreglen for Weyl -punkter med positivt chiralitetsskilt (χ =+1) under cirkulært polariseret lys; Selektiv excitation på grund af atomisk orbital symmetri ved weylpunktet af b. χ =+1 i online polariseret lys
Fig. 2. atomstrukturdiagram over A, TD-WTE2; b. Båndstruktur nær Fermi -overfladen; (c) båndstruktur og relative bidrag fra atomiske orbitaler fordelt langs høje symmetriske linjer i Brillouin -regionen, pilene (1) og (2) repræsenterer excitation nær eller langt fra Weyl -punkter; d. Forstærkning af båndstruktur langs Gamma-X-retning
Fig.3.AB: Den relative mellemlagsbevægelse af lineært polariseret lyspolarisationsretning langs A-aksen og B-aksen af krystallen, og den tilsvarende bevægelsestilstand er illustreret; C. sammenligning mellem teoretisk simulering og eksperimentel observation; DE: Symmetriudvikling af systemet og position, antal og adskillelsesgrad af de to nærmeste Weyl -punkter i KZ = 0 -planet
Fig. 4. fototopologisk faseovergang i TD-WTE2 for lineært polariseret lys fotonenergi (?) Ω) og polarisationsretning (θ) afhængig fasediagram
Posttid: SEP-25-2023