тарафыннан контрольдә тотылган Вейл квазикисәкчәләренең ультра тиз хәрәкәтен өйрәнүдә алга китеш булдылазерлар
Соңгы елларда топологик квант халәтләре һәм топологик квант материаллары буенча теоретик һәм эксперименталь тикшеренүләр конденсацияләнгән матдә физикасы өлкәсендә кайнар темага әйләнде. Матдә классификациясенең яңа төшенчәсе буларак, топологик тәртип, симметрия кебек үк, конденсацияләнгән матдә физикасында төп төшенчә булып тора. Топологияне тирәнтен аңлау конденсацияләнгән матдә физикасындагы төп проблемалар, мәсәлән, төп электрон структурасы белән бәйле.квант фазалары, квант фаза күчешләре һәм квант фазаларында күп иммобилизацияләнгән элементларның кузгалуы. Топологик материалларда электроннар, фононнар һәм спин кебек күп иреклелек дәрәҗәләре арасындагы бәйләнеш материал үзлекләрен аңлауда һәм көйләүдә хәлиткеч роль уйный. Яктылык кузгалышы төрле үзара бәйләнешләрне аеру һәм матдәнең халәтен манипуляцияләү өчен кулланылырга мөмкин, һәм аннары материалның төп физик үзлекләре, структураль фаза күчешләре һәм яңа квант халәтләре турында мәгълүмат алырга мөмкин. Хәзерге вакытта яктылык кыры белән идарә ителгән топологик материалларның макроскопик үз-үзен тотышы һәм аларның микроскопик атом структурасы һәм электрон үзлекләре арасындагы бәйләнеш тикшеренү максатына әйләнде.
Топологик материалларның фотоэлектрик җавап бирү үз-үзен тотышы аның микроскопик электрон структурасы белән тыгыз бәйләнгән. Топологик ярымметалллар өчен, зона кисешү янындагы йөртүче кузгату системаның дулкын функциясе үзенчәлекләренә бик сизгер. Топологик ярымметаллларда сызыклы булмаган оптик күренешләрне өйрәнү безгә системаның кузгатылган халәтләренең физик үзлекләрен яхшырак аңларга ярдәм итә ала, һәм бу эффектларны җитештерүдә кулланырга мөмкин дип көтелә.оптик җайланмаларһәм кояш батареяларын эшләү, киләчәктә гамәли куллану мөмкинлеген бирә. Мәсәлән, Вейл ярымметалында түгәрәк поляризацияләнгән яктылык фотонын йоту спинның әйләнүенә китерәчәк, һәм почмак импульсының саклануын тәэмин итү өчен, Вейл конусының ике ягындагы электрон кузгату түгәрәк поляризацияләнгән яктылык таралу юнәлеше буенча асимметрик рәвештә бүленәчәк, бу хираль сайлау кагыйдәсе дип атала (1 нче рәсем).
Топологик материалларның сызыклы булмаган оптик күренешләрен теоретик өйрәнү гадәттә материалның төп халәт үзенчәлекләрен исәпләү һәм симметрия анализын берләштерү ысулын куллана. Ләкин бу ысулның кайбер кимчелекләре бар: анда импульс киңлегендә һәм реаль киңлектә кузгатылган йөртүчеләрнең реаль вакыт динамик мәгълүматы юк, һәм ул вакыт белән хәл ителгән эксперименталь ачыклау ысулы белән турыдан-туры чагыштыруны урнаштыра алмый. Электрон-фононнар һәм фотон-фононнар арасындагы бәйләнешне карап булмый. Һәм бу билгеле бер фаза күчешләре өчен бик мөһим. Моннан тыш, пертурбация теориясенә нигезләнгән бу теоретик анализ көчле яктылык кыры астындагы физик процессларны карый алмый. Беренче принципларга нигезләнгән вакытка бәйле тыгызлык функциональ молекуляр динамикасы (TDDFT-MD) симуляциясе югарыдагы проблемаларны чишә ала.
Күптән түгел, Кытай Фәннәр академиясенең Физика институты/Пекин милли концентрацияләнгән матдәләр физикасы тикшеренү үзәгенең SF10 төркеменең тикшеренүчесе Мэн Шенг, постдокторант тикшеренүче Гуань Менсюэ һәм докторант Ван Эн җитәкчелегендә, Пекин технология институты профессоры Сунь Цзятао белән берлектә, алар үзләре эшләгән TDAP кузгатылган халәт динамикасын симуляцияләү программасын кулландылар. Икенче төр Вейл ярымметалл WTe2-да ультра тиз лазерга квастипарчалар кузгатуының җавап үзенчәлекләре тикшерелде.
Вейл ноктасы янындагы ташучыларның сайлап кузгатылуы атом орбиталь симметриясе һәм күчеш сайлау кагыйдәсе белән билгеләнә, бу хираль кузгатылу өчен гадәти спин сайлау кагыйдәсеннән аерылып тора, һәм аның кузгатылу юлын сызыклы поляризацияләнгән яктылык һәм фотон энергиясенең поляризация юнәлешен үзгәртү юлы белән контрольдә тотарга мөмкин булуы күрсәтелде (2 нче рәсем).
Йөк ташучыларның асимметрик кузгатуы реаль киңлектә төрле юнәлешләрдә фототокларны китереп чыгара, бу системаның катламара тайпылыш юнәлешенә һәм симметриясенә тәэсир итә. WTe2 топологик үзлекләре, мәсәлән, Вейл нокталары саны һәм импульс киңлегендәге аерылу дәрәҗәсе, системаның симметриясенә нык бәйле булганлыктан (3 нче рәсем), йөртүчеләрнең асимметрик кузгатуы Вейл квастикисәкчәләренең импульс киңлегендә төрлечә үз-үзен тотышына һәм системаның топологик үзлекләрендә тиешле үзгәрешләргә китерәчәк. Шулай итеп, тикшеренү фототопологик фаза күчешләре өчен ачык фаза диаграммасын бирә (4 нче рәсем).
Нәтиҗәләр Вейл ноктасы янындагы йөртүчеләрнең кузгалышындагы хиральлеккә игътибар итәргә һәм дулкын функциясенең атом орбиталь үзлекләрен анализларга кирәклеген күрсәтә. Икесенең дә йогынтысы охшаш, ләкин механизмы, әлбәттә, төрле, бу Вейл нокталарының сингулярлыгын аңлату өчен теоретик нигез бирә. Моннан тыш, бу тикшеренүдә кулланылган исәпләү ысулы атом һәм электрон дәрәҗәләрендәге катлаулы үзара бәйләнешләрне һәм динамик тәртипне бик тиз вакыт шкаласында тирәнтен аңларга, аларның микрофизик механизмнарын ачарга мөмкинлек бирә һәм топологик материалларда сызыклы булмаган оптик күренешләр буенча киләчәктәге тикшеренүләр өчен көчле корал булыр дип көтелә.
Нәтиҗәләр Nature Communications журналында бастырылган. Тикшеренү эше Милли төп тикшеренүләр һәм үсеш планы, Милли табигать фәннәре фонды һәм Кытай Фәннәр академиясенең Стратегик пилот проекты (В категориясе) тарафыннан хуплана.
1.а. СУРӘТ. Түгәрәк поляризацияләнгән яктылык астында уңай хиральлек билгесе (χ=+1) булган Вейл нокталары өчен хиральлекне сайлау кагыйдәсе; b. Вейл ноктасында атом орбиталь симметриясе аркасында сайлап кузгату. Онлайн поляризацияләнгән яктылыкта χ=+1.
2 нче РӘСЕМ. a, Td-WTe2 атом структурасы диаграммасы; b. Ферми өслеге янындагы зона структурасы; (c) Бриллюэн өлкәсендә югары симметрик сызыклар буенча таралган зона структурасы һәм атом орбиталларының чагыштырма өлеше, уклар (1) һәм (2) Вейл нокталарына якын яки ерак кузгалуны күрсәтә; d. Гамма-X юнәлеше буенча зона структурасын көчәйтү
3.ab рәсем: Кристаллның А күчәре һәм В күчәре буйлап сызыклы поляризацияләнгән яктылык поляризациясе юнәлешенең катламара хәрәкәте һәм аңа туры килгән хәрәкәт режимы күрсәтелгән; C. Теоретик модельләштерү һәм эксперименталь күзәтүне чагыштыру; de: Системаның симметрия эволюциясе һәм kz=0 яссылыгындагы ике иң якын Вейл ноктасының урнашуы, саны һәм аерылу дәрәҗәсе.
4 нче РӘСЕМ. Сызыклы поляризацияләнгән яктылык фотоны энергиясе (?) ω) һәм поляризация юнәлеше (θ) бәйле фаза диаграммасы өчен Td-WTe2'дә фототопологик фаза күчүе
Бастырып чыгару вакыты: 2023 елның 25 сентябре