लेजरहरूद्वारा नियन्त्रित वेइल क्वासिपार्टिकल्सको अल्ट्राफास्ट गतिको अध्ययनमा प्रगति भएको छ।

द्वारा नियन्त्रित वेइल क्वासिपार्टिकल्सको अल्ट्राफास्ट गतिको अध्ययनमा प्रगति भएको छलेजरहरू

हालैका वर्षहरूमा, टोपोलोजिकल क्वान्टम अवस्था र टोपोलोजिकल क्वान्टम सामग्रीहरूमा सैद्धान्तिक र प्रयोगात्मक अनुसन्धान कन्डेन्स्ड म्याटर फिजिक्सको क्षेत्रमा एक तातो विषय बनेको छ। पदार्थ वर्गीकरणको नयाँ अवधारणाको रूपमा, सममिति जस्तै टोपोलोजिकल अर्डर, कन्डेन्स्ड म्याटर फिजिक्समा एक आधारभूत अवधारणा हो। टोपोलोजीको गहिरो बुझाइ कन्डेन्स्ड म्याटर फिजिक्समा आधारभूत समस्याहरूसँग सम्बन्धित छ, जस्तै आधारभूत इलेक्ट्रोनिक संरचना।क्वान्टम चरणहरू, क्वान्टम चरण संक्रमण र क्वान्टम चरणहरूमा धेरै स्थिर तत्वहरूको उत्तेजना। टोपोलोजिकल सामग्रीहरूमा, इलेक्ट्रोन, फोनोन र स्पिन जस्ता स्वतन्त्रताको धेरै डिग्रीहरू बीचको युग्मनले भौतिक गुणहरू बुझ्न र नियमन गर्न निर्णायक भूमिका खेल्छ। प्रकाश उत्तेजनालाई विभिन्न अन्तरक्रियाहरू बीच भेद गर्न र पदार्थको अवस्थालाई हेरफेर गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ, र त्यसपछि सामग्रीको आधारभूत भौतिक गुणहरू, संरचनात्मक चरण संक्रमणहरू, र नयाँ क्वान्टम अवस्थाहरूको बारेमा जानकारी प्राप्त गर्न सकिन्छ। हाल, प्रकाश क्षेत्र र तिनीहरूको सूक्ष्म आणविक संरचना र इलेक्ट्रोनिक गुणहरू द्वारा संचालित टोपोलोजिकल सामग्रीहरूको म्याक्रोस्कोपिक व्यवहार बीचको सम्बन्ध एक अनुसन्धान लक्ष्य बनेको छ।

टोपोलोजिकल सामग्रीहरूको फोटोइलेक्ट्रिक प्रतिक्रिया व्यवहार यसको सूक्ष्म इलेक्ट्रोनिक संरचनासँग नजिकबाट सम्बन्धित छ। टोपोलोजिकल अर्ध-धातुहरूको लागि, ब्यान्ड चौबाटो नजिकको वाहक उत्तेजना प्रणालीको तरंग प्रकार्य विशेषताहरू प्रति अत्यधिक संवेदनशील हुन्छ। टोपोलोजिकल अर्ध-धातुहरूमा गैर-रेखीय अप्टिकल घटनाहरूको अध्ययनले हामीलाई प्रणालीको उत्तेजित अवस्थाहरूको भौतिक गुणहरू राम्रोसँग बुझ्न मद्दत गर्न सक्छ, र यो अपेक्षा गरिएको छ कि यी प्रभावहरू निर्माणमा प्रयोग गर्न सकिन्छ।अप्टिकल उपकरणहरूर सौर्य कोषहरूको डिजाइन, भविष्यमा सम्भावित व्यावहारिक अनुप्रयोगहरू प्रदान गर्दै। उदाहरणका लागि, वेइल अर्ध-धातुमा, गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाशको फोटोन अवशोषित गर्नाले स्पिन फ्लिप हुनेछ, र कोणीय गतिको संरक्षण पूरा गर्न, वेइल शंकुको दुबै छेउमा इलेक्ट्रोन उत्तेजना गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश प्रसारको दिशामा असममित रूपमा वितरित गरिनेछ, जसलाई काइरल चयन नियम भनिन्छ (चित्र १)।

टोपोलोजिकल सामग्रीहरूको गैर-रेखीय अप्टिकल घटनाको सैद्धान्तिक अध्ययनले सामान्यतया सामग्री ग्राउन्ड स्टेट गुणहरूको गणना र सममिति विश्लेषण संयोजन गर्ने विधि अपनाउँछ। यद्यपि, यस विधिमा केही दोषहरू छन्: यसमा गति स्थान र वास्तविक स्थानमा उत्तेजित वाहकहरूको वास्तविक-समय गतिशील जानकारीको अभाव छ, र यसले समय-समाधान गरिएको प्रयोगात्मक पत्ता लगाउने विधिसँग प्रत्यक्ष तुलना स्थापित गर्न सक्दैन। इलेक्ट्रोन-फोनन र फोटोन-फोननहरू बीचको युग्मनलाई विचार गर्न सकिँदैन। र यो निश्चित चरण संक्रमणहरू हुनको लागि महत्त्वपूर्ण छ। थप रूपमा, perturbation सिद्धान्तमा आधारित यो सैद्धान्तिक विश्लेषणले बलियो प्रकाश क्षेत्र अन्तर्गत भौतिक प्रक्रियाहरूसँग व्यवहार गर्न सक्दैन। पहिलो सिद्धान्तहरूमा आधारित समय-निर्भर घनत्व कार्यात्मक आणविक गतिशीलता (TDDFT-MD) सिमुलेशनले माथिका समस्याहरू समाधान गर्न सक्छ।

हालै, अनुसन्धानकर्ता मेङ शेङ, पोस्टडक्टोरल अनुसन्धानकर्ता गुआन मेङक्सु र चिनियाँ विज्ञान प्रतिष्ठान/बेइजिङ राष्ट्रिय अनुसन्धान केन्द्रको भौतिकशास्त्र संस्थानको सतह भौतिकशास्त्रको राज्य कुञ्जी प्रयोगशालाको SF10 समूहका विद्यावारिधि विद्यार्थी वाङ एनको मार्गदर्शनमा, बेइजिङ इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजीका प्रोफेसर सन जियाताओसँगको सहकार्यमा, उनीहरूले स्व-विकसित उत्तेजित राज्य गतिशीलता सिमुलेशन सफ्टवेयर TDAP प्रयोग गरे। दोस्रो प्रकारको वेइल सेमी-मेटल WTe2 मा अल्ट्राफास्ट लेजरमा क्वास्टिपर्टिकल उत्तेजनाको प्रतिक्रिया विशेषताहरूको अनुसन्धान गरिएको छ।

यो देखाइएको छ कि वेइल बिन्दु नजिकै वाहकहरूको चयनात्मक उत्तेजना परमाणु कक्षीय सममिति र संक्रमण चयन नियम द्वारा निर्धारण गरिन्छ, जुन काइरल उत्तेजनाको लागि सामान्य स्पिन चयन नियम भन्दा फरक छ, र यसको उत्तेजना मार्ग रेखीय ध्रुवीकृत प्रकाश र फोटोन ऊर्जाको ध्रुवीकरण दिशा परिवर्तन गरेर नियन्त्रण गर्न सकिन्छ (चित्र २)।

वाहकहरूको असममित उत्तेजनाले वास्तविक स्थानमा विभिन्न दिशाहरूमा फोटोकरेन्टहरू उत्प्रेरित गर्छ, जसले प्रणालीको इन्टरलेयर स्लिपको दिशा र सममितिलाई असर गर्छ। WTe2 को टोपोलोजिकल गुणहरू, जस्तै Weyl बिन्दुहरूको संख्या र मोमेन्टम स्पेसमा पृथक्करणको डिग्री, प्रणालीको सममितिमा अत्यधिक निर्भर भएकोले (चित्र 3), वाहकहरूको असममित उत्तेजनाले मोमेन्टम स्पेसमा Weyl क्वास्टिपार्टिकल्सको फरक व्यवहार र प्रणालीको टोपोलोजिकल गुणहरूमा सम्बन्धित परिवर्तनहरू ल्याउनेछ। यसरी, अध्ययनले फोटोटोपोलोजिकल चरण संक्रमणहरूको लागि स्पष्ट चरण रेखाचित्र प्रदान गर्दछ (चित्र 4)।

नतिजाहरूले देखाउँछन् कि वेइल बिन्दु नजिकै वाहक उत्तेजनाको काइरालिटीमा ध्यान दिनुपर्छ, र तरंग प्रकार्यको परमाणु कक्षीय गुणहरूको विश्लेषण गर्नुपर्छ। दुईको प्रभाव समान छ तर संयन्त्र स्पष्ट रूपमा फरक छ, जसले वेइल बिन्दुहरूको एकलताको व्याख्या गर्नको लागि सैद्धान्तिक आधार प्रदान गर्दछ। थप रूपमा, यस अध्ययनमा अपनाइएको कम्प्युटेसनल विधिले अति-छिटो समय स्केलमा परमाणु र इलेक्ट्रोनिक स्तरहरूमा जटिल अन्तरक्रिया र गतिशील व्यवहारहरूलाई गहिरो रूपमा बुझ्न सक्छ, तिनीहरूको माइक्रोफिजिकल संयन्त्रहरू प्रकट गर्न सक्छ, र टोपोलोजिकल सामग्रीहरूमा गैर-रेखीय अप्टिकल घटनाहरूमा भविष्यको अनुसन्धानको लागि एक शक्तिशाली उपकरण हुने अपेक्षा गरिएको छ।

नतिजाहरू नेचर कम्युनिकेसन्स जर्नलमा छन्। अनुसन्धान कार्यलाई राष्ट्रिय प्रमुख अनुसन्धान तथा विकास योजना, राष्ट्रिय प्राकृतिक विज्ञान प्रतिष्ठान र चिनियाँ विज्ञान प्रतिष्ठानको रणनीतिक पायलट परियोजना (श्रेणी ख) द्वारा समर्थित छ।

चित्र १.क. गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश अन्तर्गत सकारात्मक चिरालिटी चिन्ह (χ=+१) भएका वेइल बिन्दुहरूको लागि चिरालिटी चयन नियम; अन-लाइन ध्रुवीकृत प्रकाशमा b. χ=+१ को वेइल बिन्दुमा परमाणु कक्षीय सममितिको कारणले छनौट उत्तेजना।

चित्र २. a, Td-WTe2 को परमाणु संरचना रेखाचित्र; b. फर्मी सतह नजिक ब्यान्ड संरचना; (c) ब्रिलोइन क्षेत्रमा उच्च सममित रेखाहरूमा वितरित परमाणु कक्षहरूको ब्यान्ड संरचना र सापेक्ष योगदान, तीरहरू (1) र (2) ले क्रमशः वेइल बिन्दुहरू नजिक वा टाढा उत्तेजना प्रतिनिधित्व गर्दछ; d. गामा-X दिशामा ब्यान्ड संरचनाको प्रवर्धन

चित्र ३.ab: क्रिस्टलको A-अक्ष र B-अक्षमा रेखीय ध्रुवीकृत प्रकाश ध्रुवीकरण दिशाको सापेक्षिक अन्तर-तह चाल, र सम्बन्धित चाल मोड चित्रण गरिएको छ; C. सैद्धान्तिक सिमुलेशन र प्रयोगात्मक अवलोकन बीचको तुलना; de: प्रणालीको सममिति विकास र kz=0 समतलमा दुई नजिकका Weyl बिन्दुहरूको स्थिति, संख्या र विभाजनको डिग्री।

चित्र ४. रैखिक ध्रुवीकृत प्रकाश फोटोन ऊर्जा (?) ω) र ध्रुवीकरण दिशा (θ) निर्भर चरण रेखाचित्रको लागि Td-WTe2 मा फोटोटोपोलोजिकल चरण संक्रमण