Aurrerapenak egin dira kontrolatutako Weil kuasipartikulen higidura ultraazkarren azterketanlaserrak
Azken urteotan, egoera kuantiko topologikoei eta material kuantiko topologikoei buruzko ikerketa teoriko eta esperimentala gai nagusi bihurtu da materia kondentsatuaren fisikaren arloan. Materiaren sailkapenaren kontzeptu berri gisa, ordena topologikoa, simetria bezala, oinarrizko kontzeptua da materia kondentsatuaren fisikan. Topologiaren ulermen sakona materia kondentsatuaren fisikako oinarrizko arazoekin lotuta dago, hala nola, oinarrizko egitura elektronikoarekin.fase kuantikoak, fase kuantikoen trantsizioak eta inmobilizatutako elementu askoren kitzikapena fase kuantikoetan. Material topologikoetan, askatasun gradu askoren arteko akoplamenduak, hala nola elektroiak, fonoiak eta spina, paper erabakigarria betetzen du materialaren propietateak ulertzeko eta erregulatzeko. Argiaren kitzikapena interakzio desberdinak bereizteko eta materiaren egoera manipulatzeko erabil daiteke, eta materialaren oinarrizko propietate fisikoei, egitura-faseen trantsizioei eta egoera kuantiko berriei buruzko informazioa lor daiteke. Gaur egun, eremu argiak bultzatutako material topologikoen portaera makroskopikoaren eta haien egitura atomiko mikroskopikoaren eta propietate elektronikoen arteko erlazioa ikerketa-helburu bihurtu da.
Material topologikoen erantzun fotoelektrikoaren portaera oso lotuta dago bere egitura elektroniko mikroskopikoarekin. Erdi-metal topologikoetarako, bandaren elkargunetik gertu eramailearen kitzikapena oso sentikorra da sistemaren uhin-funtzioen ezaugarriekiko. Erdi-metal topologikoetan fenomeno optiko ez-linealak aztertzeak sistemaren egoera kitzikatuen propietate fisikoak hobeto ulertzen lagun diezaguke, eta efektu horiek fabrikazioan erabil daitezkeela espero da.gailu optikoaketa eguzki-zelulen diseinua, etorkizunean balizko aplikazio praktikoak eskainiz. Adibidez, Weyl erdi-metal batean, zirkularki polarizatutako argiaren fotoi bat xurgatzeak spina iraultzea eragingo du, eta momentu angelurraren kontserbazioa betetzeko, Weyl konoaren bi aldeetako elektroi kitzikapena asimetrikoki banatuko da. zirkularki polarizatutako argiaren hedapenaren norabidea, hautapen kiralaren araua deritzona (1. irudia).
Material topologikoen fenomeno optiko ez-linealen azterketa teorikoak materialaren oinarrizko egoeraren propietateen kalkulua eta simetria-analisia konbinatzeko metodoa hartzen du normalean. Dena den, metodo honek akats batzuk ditu: momentu errealeko eramaile kitzikatuen denbora errealeko informazio dinamikorik falta du momentu-espazioan eta espazio errealean, eta ezin du konparazio zuzenik ezarri denboran ebatzitako detekzio-metodo esperimentalarekin. Elektroi-fonoi eta fotoi-fonoi arteko akoplamendua ezin da kontuan hartu. Eta hori funtsezkoa da zenbait fase-trantsizio gertatzeko. Gainera, perturbazioen teorian oinarritutako analisi teoriko honek ezin ditu argi-eremu indartsuaren azpian dauden prozesu fisikoak landu. Denboraren araberako dentsitate funtzionalaren dinamika molekularra (TDDFT-MD) lehen printzipioetan oinarritutako simulazioak aurreko problemak ebatzi ditzake.
Duela gutxi, Meng Sheng ikertzailearen, Guan Mengxue doktorego-ondoko ikerlariaren eta Wang En doktorego ikaslearen gidaritzapean, Txinako Zientzien Akademiako Fisika Institutuko Azalera Fisikako Estatuko Giltza Laborategiko SF10 Taldeko/Beijing-eko Materia Kontzentratuaren Ikerketa Zentro Nazionala. Fisika, Beijingeko Teknologia Institutuko Sun Jiatao irakaslearekin elkarlanean, TDAP auto-garatutako egoera dinamikoaren simulazio softwarea erabili zuten. Weyl erdi-metal WTe2 bigarren motako laser ultraazkarrarekiko kuastipkula kitzikapenaren erantzun-ezaugarriak ikertzen dira.
Frogatuta dago Weyl puntutik gertu dauden eramaileen kitzikapen selektiboa simetria atomikoaren eta trantsizio-hautapen-arauaren arabera zehazten dela, hau da, kitzikapen kiralerako ohiko spin hautapen-arauaren desberdina dena, eta bere kitzikapen-bidea polarizazio-noranzkoa aldatuz kontrola daiteke. linealki polarizatutako argiaren eta fotoiaren energiaren (2. IRUDIA).
Eramaileen kitzikapen asimetrikoak espazio errealean norabide ezberdinetako fotokorronteak eragiten ditu, eta horrek sistemaren geruzen arteko irristatzearen norabidean eta simetrian eragiten du. WTe2-ren propietate topologikoak, hala nola, Weyl puntu kopurua eta momentu-espazioko bereizketa-maila, sistemaren simetriaren menpekotasun handia dutenez (3. irudia), eramaileen kitzikapen asimetrikoak Weyl-en portaera desberdina ekarriko du. laupartikulak momentu-espazioan eta sistemaren propietate topologikoetan dagozkion aldaketak. Horrela, azterketak fase-diagrama argia eskaintzen du fase fototopologikoen trantsizioetarako (4. irudia).
Emaitzek erakusten dute Weyl puntutik gertu eramailearen kitzikapenaren kiralitateari arreta jarri behar zaiola eta uhin-funtzioaren orbita atomikoen propietateak aztertu behar direla. Bien ondorioak antzekoak dira baina mekanismoa, jakina, ezberdina da, eta horrek oinarri teorikoa ematen du Weyl puntuen berezitasuna azaltzeko. Horrez gain, ikerketa honetan hartutako metodo konputazionalak maila atomiko eta elektronikoko interakzio konplexuak eta portaera dinamikoak sakon uler ditzake denbora eskala oso azkar batean, haien mekanismo mikrofisikoak agerian utzi eta etorkizuneko ikerketetarako tresna indartsua izatea espero da. fenomeno optiko ez-linealak material topologikoetan.
Emaitzak Nature Communications aldizkarian daude. Ikerketa-lanak Ikerketa eta Garapenerako Plan Nazionalak, Natur Zientzien Fundazio Nazionalak eta Txinako Zientzien Akademiako Proiektu Pilotu Estrategikoak (B Kategoria) babesten ditu.
IRUDIA.1.a. Kiralitate-hautapen-araua kiraltasun zeinu positiboa duten Weyl puntuetarako (χ=+1) argi polarizatu zirkularrean; b-ko Weyl puntuko simetria orbital atomikoaren ondoriozko kitzikapen selektiboa. χ=+1 lineako argi polarizatuan
IRUDIA. 2. A-ren egitura atomikoaren diagrama, Td-WTe2; b. Fermi gainazaletik gertu dagoen banda-egitura; (c) Brillouin eskualdean simetria handiko lerroetan banatutako orbital atomikoen banda-egitura eta ekarpen erlatiboak, (1) eta (2) geziek Weyl puntuetatik gertu edo urrun dagoen kitzikapena adierazten dute, hurrenez hurren; d. Banda-egituraren anplifikazioa Gamma-X norabidean zehar
FIG.3.ab: linealki polarizatutako argiaren polarizazio noranzkoaren geruzen arteko mugimendu erlatiboa kristalaren A ardatzean eta B ardatzean zehar, eta dagokion mugimendu-modua azaltzen da; C. Simulazio teorikoaren eta behaketa esperimentalaren arteko konparaketa; de: Sistemaren simetriaren bilakaera eta kz=0 planoan hurbilen dauden bi Weyl puntuen posizioa, kopurua eta bereizketa-maila.
IRUDIA. 4. Fase fototopologikoaren trantsizioa Td-WTe2-n linealki polarizatuta dagoen argi fotoiaren energia (?) ω) eta polarizazio-noranzkoa (θ) menpeko fase-diagramarako
Argitalpenaren ordua: 2023-09-25