Aurrerapenak egin dira Weil kuasipartikulen mugimendu ultraazkarraren ikerketan, kontrolpean daudenak.laserrak
Azken urteotan, egoera kuantiko topologikoei eta material kuantiko topologikoei buruzko ikerketa teoriko eta esperimentala gai bero 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 materiaren oinarrizko egitura elektronikoarekin.fase kuantikoak, fase kuantikoen trantsizioak eta elementu immobilizatu askoren kitzikapena fase kuantikoetan. Material topologikoetan, askatasun-gradu askoren arteko akoplamenduak, hala nola elektroien, fonoien eta spinaren artekoak, zeregin erabakigarria du materialen propietateak ulertzeko eta erregulatzeko. Argi-kitzikapena erabil daiteke elkarrekintza desberdinak bereizteko eta materiaren egoera manipulatzeko, eta orduan materialaren oinarrizko propietate fisikoei, fase-trantsizio estrukturalei eta egoera kuantiko berriei buruzko informazioa lor daiteke. Gaur egun, argi-eremuak bultzatutako material topologikoen portaera makroskopikoaren eta haien egitura atomiko mikroskopikoaren eta propietate elektronikoen arteko erlazioa ikerketa-helburu bihurtu da.
Material topologikoen erantzun fotoelektrikoaren portaera estuki lotuta dago haien egitura elektroniko mikroskopikoarekin. Metal erdi-topologikoen kasuan, banda-elkargunearen ondoan dagoen eramaile-kitzikapena oso sentikorra da sistemaren uhin-funtzioaren ezaugarriekiko. Metal erdi-topologikoetan fenomeno optiko ez-linealen azterketak sistemaren egoera kitzikatuen propietate fisikoak hobeto ulertzen lagun diezaguke, eta efektu horiek fabrikazioan erabil daitezkeela espero da.gailu optikoaketa eguzki-zelulen diseinua, etorkizunean aplikazio praktiko potentzialak eskainiz. Adibidez, Weyl erdi-metal batean, zirkularki polarizatutako argiaren fotoi bat xurgatzen bada, spinaren iraulketa eragingo da, eta momentu angeluarraren kontserbazioa betetzeko, Weyl konoaren bi aldeetako elektroi-kitzikapena asimetrikoki banatuko da zirkularki polarizatutako argiaren hedapenaren norabidean zehar, eta horri kiral hautaketa-araua deritzo (1. irudia).
Material topologikoen fenomeno optiko ez-linealen azterketa teorikoak normalean materialaren oinarrizko egoeraren propietateen kalkulua eta simetriaren analisia konbinatzeko metodoa hartzen du. Hala ere, metodo honek akats batzuk ditu: momentu-espazioan eta espazio errealean dauden eramaile kitzikatuen denbora errealeko informazio dinamikoa falta zaio, eta ezin du konparazio zuzenik egin denboran ebatzitako detekzio esperimentalaren metodoarekin. Elektroi-fonoi eta fotoi-fonoi arteko akoplamendua ezin da kontuan hartu. Eta hau funtsezkoa da fase-trantsizio batzuk gerta daitezen. Gainera, perturbazio-teorian oinarritutako analisi teoriko honek ezin ditu argi-eremu indartsuaren peko prozesu fisikoak landu. Lehen printzipioetan oinarritutako denboraren araberako dentsitate funtzionalaren dinamika molekularraren (TDDFT-MD) simulazioak goiko arazoak konpondu ditzake.
Duela gutxi, Meng Sheng ikertzailearen, Guan Mengxue doktorego ondoko ikertzailearen eta Wang En doktoregoko ikaslearen gidaritzapean, Txinako Zientzien Akademiako Fisika Institutuko/Pekingo Materia Kontzentratuen Fisikako Ikerketa Zentro Nazionaleko Gainazaleko Fisika Laborategi Nagusiko SF10 Taldekoak, eta Pekingo Teknologia Institutuko Sun Jiatao irakaslearekin lankidetzan, eurek garatutako egoera kitzikatuen dinamika simulatzeko TDAP softwarea erabili zuten. Weyl erdi-metal WTe2 motako bigarren motako laser ultra-azkarraren aurrean kuastipartikula kitzikapenaren erantzun ezaugarriak ikertu dira.
Weyl puntutik gertu dauden eramaileen kitzikapen selektiboa orbitale atomikoen simetriaren eta trantsizio-hautaketa arauaren bidez zehazten dela frogatu da, eta hau kitzikapen kiralerako ohiko spin-hautaketa arautik desberdina dela, eta bere kitzikapen-bidea linealki polarizatutako argiaren eta fotoi-energiaren polarizazio-norabidea aldatuz kontrola daitekeela (2. IRUDIA).
Eramaileen kitzikapen asimetrikoak fotokorronteak eragiten ditu norabide ezberdinetan espazio errealean, eta horrek sistemaren geruza arteko irristatzearen norabidean eta simetrian eragiten du. WTe2-ren propietate topologikoak, hala nola Weyl puntu kopurua eta momentu espazioko bereizketa maila, sistemaren simetriaren menpe daudenez neurri handi batean (3. irudia), eramaileen kitzikapen asimetrikoak Weyl kuastipartikulen portaera desberdina eragingo du momentu espazioan eta dagokion aldaketa sistemaren propietate topologikoetan. Horrela, ikerketak fase-diagrama argi bat eskaintzen du fase-trantsizio fototopologikoetarako (4. irudia).
Emaitzek erakusten dute Weyl puntutik gertu dagoen eramaileen kiralitateari erreparatu behar zaiola, eta uhin-funtzioaren orbitale atomikoen propietateei aztertu behar zaiela. Bien efektuak antzekoak dira, baina mekanismoa nabarmen desberdina da, eta horrek oinarri teorikoa ematen du Weyl puntuen singularitatea azaltzeko. Gainera, ikerketa honetan erabilitako metodo konputazionalak sakonki uler ditzake elkarrekintza konplexuak eta portaera dinamikoak maila atomiko eta elektronikoan denbora-eskala super-azkar batean, haien mekanismo mikrofisikoak agerian utzi, eta tresna indartsua izatea espero da material topologikoetan fenomeno optiko ez-linealei buruzko etorkizuneko ikerketarako.
Emaitzak Nature Communications aldizkarian daude argitaratuta. Ikerketa lana Ikerketa eta Garapen Plan Nazional Nagusiak, Zientzia Naturalen Fundazio Nazionalak eta Txinako Zientzien Akademiaren Proiektu Pilotu Estrategikoak (B kategoria) babesten dute.
1.a IRUDIA. Argi zirkularki polarizatuaren pean kiralitatearen hautaketa-araua (χ=+1) Weyl puntuetarako; b-ren Weyl puntuan orbitale atomikoen simetriagatik sortutako kitzikapen selektiboa. χ=+1 argi polarizatu linealean
2. IRUDIA. a, Td-WTe2-ren egitura atomikoaren diagrama; b. Fermi gainazalaren ondoan dagoen banda-egitura; (c) Brillouin eskualdean lerro simetriko altuetan zehar banatutako orbital atomikoen banda-egitura eta ekarpen erlatiboak, (1) eta (2) geziek Weyl puntuetatik gertu edo urrun dagoen kitzikapena adierazten dute, hurrenez hurren; d. Gamma-X norabidean banda-egituraren anplifikazioa
3.ab IRUDIA: Kristalaren A ardatzean eta B ardatzean zehar polarizatutako argiaren polarizazio norabidearen geruza arteko mugimendu erlatiboa, eta dagokion mugimendu modua ilustratuta daude; 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
4. IRUDIA. Td-WTe2-n fototopologia fase-trantsizioa argi polarizatu linealki fotoi-energiarako (?) ω) eta polarizazio-norabiderako (θ) fase-diagrama menpekoa izateko
Argitaratze data: 2023ko irailaren 25a