Det er gjort fremskritt i studiet av ultrahast bevegelse av Weil -kvasipartikler kontrollert avlasere
De siste årene har den teoretiske og eksperimentelle forskningen på topologiske kvantetilstander og topologiske kvantematerialer blitt et hett tema innen kondensert materiefysikk. Som et nytt begrep om materie klassifisering, er topologisk orden, som symmetri, et grunnleggende begrep innen kondensert materiefysikk. En dyp forståelse av topologi er relatert til de grunnleggende problemene i fysikk av kondensert materie, for eksempel den grunnleggende elektroniske strukturen tilKvantefaser, Kvantefaseoverganger og eksitering av mange immobiliserte elementer i kvantefaser. I topologiske materialer spiller koblingen mellom mange frihetsgrader, som elektroner, fononer og spinn, en avgjørende rolle i forståelse og regulering av materialegenskaper. Lyseksitasjon kan brukes til å skille mellom forskjellige interaksjoner og manipulere tilstanden til materie, og informasjon om materialets grunnleggende fysiske egenskaper, strukturelle faseoverganger og nye kvantetilstander kan deretter oppnås. For tiden har forholdet mellom makroskopisk oppførsel av topologiske materialer drevet av lysfelt og deres mikroskopiske atomstruktur og elektroniske egenskaper blitt et forskningsmål.
Den fotoelektriske responsatferden til topologiske materialer er nært knyttet til dens mikroskopiske elektroniske struktur. For topologiske semi-metaller er transportørens eksitasjon nær båndsekrysset svært følsom for bølgefunksjonens egenskaper til systemet. Studien av ikke-lineære optiske fenomener i topologiske semi-metaller kan hjelpe oss med å bedre forstå de fysiske egenskapene til de eksiterte tilstandene i systemet, og det forventes at disse effektene kan brukes i fremstilling avoptiske enheterog utformingen av solceller, som gir potensielle praktiske anvendelser i fremtiden. For eksempel, i et weyl semi-metall, vil det å absorbere et foton av sirkulært polarisert lys føre til at spinnet flipp, og for å oppfylle bevaring av vinkelmomentum, vil elektroneksitasjonen på begge sider av Weyl-kjeglen bli asymmetrisk distribuert langs retningen til den sirkulære polariserte lysforberedelsen, som kalles char-voselet.
Den teoretiske studien av ikke -lineære optiske fenomener av topologiske materialer vedtar vanligvis metoden for å kombinere beregningen av materielle grunntilstandsegenskaper og symmetri -analyse. Imidlertid har denne metoden noen feil: den mangler den sanntids dynamiske informasjonen til spente transportører i momentumrom og ekte rom, og den kan ikke etablere en direkte sammenligning med den tidsoppløste eksperimentelle deteksjonsmetoden. Koblingen mellom elektronfononer og foton-fononer kan ikke vurderes. Og dette er avgjørende for at visse faseoverganger skal oppstå. I tillegg kan denne teoretiske analysen basert på forstyrrelsesteori ikke takle de fysiske prosessene under det sterke lysfeltet. Den tidsavhengige tetthetsfunksjonelle molekylære dynamikken (TDDFT-MD) -simulering basert på første prinsipper kan løse de ovennevnte problemene.
Nylig, under veiledning av forsker Meng Sheng, var postdoktorforskeren Guan Mengxue og doktorgradsstudent Wang en fra SF10-gruppen i State Key Laboratory of Surface Physics fra Institute of Physics of the Chinese Academy of Sciences/Beijing National Research Center for Concentrated Matter, i samarbeidet med Professor Sun Joato of Professor Sun Joato of Professor Sun Joat Sun Joat Sun Joat Sun Joat Sun Joat Sun Joat Sun Joat Sun Joat Sun- Dynamics Simulation Software TDAP. Responskarakteristikkene ved quastipartikkel eksitasjon til ultrafast laser i den andre typen Weyl semi-metall WTE2 blir undersøkt.
Det er vist at den selektive eksitasjonen av bærere nær Weylpunktet bestemmes av atombane -symmetri og overgangsvalgregel, som er forskjellig fra den vanlige spinnutvelgelsesregelen for chiral eksitasjon, og dens eksitasjonsbane kan kontrolleres ved å endre polarisasjonsretningen til lineært polarisert lys og fotonenergi (fig. 2).
Den asymmetriske eksitasjonen av bærere induserer fotokrenter i forskjellige retninger i reelt rom, noe som påvirker retningen og symmetrien til mellomlagets glidning av systemet. Siden de topologiske egenskapene til WTE2, så som antall Weyl -punkter og separasjonsgraden i momentumrommet, er svært avhengig av symmetrien til systemet (figur 3), vil den asymmetriske eksitasjonen av transportører føre til ulik oppførsel av Weyl Quastiparticles i momentumrommet og tilsvarende endringer i de topologiske egenskapene til systemet. Dermed gir studien et klart fasediagram for fototopologiske faseoverganger (figur 4).
Resultatene viser at kiraliteten til bærereksitasjon i nærheten av Weyl -punktet bør være oppmerksom på, og atoms orbitale egenskaper til bølgefunksjonen bør analyseres. Effektene av de to er like, men mekanismen er åpenbart annerledes, noe som gir et teoretisk grunnlag for å forklare singulariteten til Weyl -punkter. I tillegg kan beregningsmetoden som ble brukt i denne studien dypt forstå de komplekse interaksjonene og dynamisk atferd på atom- og elektroniske nivåer i en superrask tidsskala, avslører deres mikrofysiske mekanismer, og forventes å være et kraftig verktøy for fremtidig forskning på ikke-lineære optiske fenomener i topologiske materialer.
Resultatene er i tidsskriftet Nature Communications. Forskningsarbeidet støttes av National Key Research and Development Plan, National Natural Science Foundation og Strategic Pilot Project (kategori B) ved Chinese Academy of Sciences.
Fig.1.A. Chirality Selection Rule for Weyl -punkter med positivt chiralitetstegn (χ =+1) under sirkulært polarisert lys; Selektiv eksitasjon på grunn av atomgruppesymmetri ved Weylpunktet til b. χ =+1 i online polarisert lys
Fig. 2. Atomstrukturdiagram over A, TD-WTE2; b. Båndstruktur nær Fermi -overflaten; (c) båndstruktur og relative bidrag fra atombaner fordelt langs høye symmetriske linjer i Brillouin -regionen, pilene (1) og (2) representerer henholdsvis eksitasjon nær eller langt fra Weyl -punkter; d. Amplifisering av båndstruktur langs gamma-x retning
Fig.3.AB: Den relative mellomlagsbevegelsen av lineært polarisert lyspolarisasjonsretning langs A-aksen og B-aksen til krystallen, og den tilsvarende bevegelsesmodus er illustrert; C. Sammenligning mellom teoretisk simulering og eksperimentell observasjon; DE: Symmetriutvikling av systemet og posisjonen, antall og grad av separasjon av de to nærmeste weylpunktene i KZ = 0 -planet
Fig. 4. Fototopologisk faseovergang i TD-WTE2 for lineært polarisert lysfotonenergi (?) Ω) og polarisasjonsretning (θ) avhengig fasediagram
Post Time: SEP-25-2023