लेजरहरूद्वारा नियन्त्रित वेल क्वासिपार्टिकल्सको अल्ट्राफास्ट गतिको अध्ययनमा प्रगति भएको छ।

द्वारा नियन्त्रित Weil quasiparticles को अल्ट्राफास्ट गति को अध्ययन मा प्रगति गरिएको छ।लेजरहरू

हालका वर्षहरूमा, टोपोलोजिकल क्वान्टम अवस्थाहरू र टोपोलोजिकल क्वान्टम सामग्रीहरूमा सैद्धान्तिक र प्रयोगात्मक अनुसन्धान कन्डेन्स्ड पदार्थ फिजिक्सको क्षेत्रमा तातो विषय बनेको छ। पदार्थ वर्गीकरण को एक नयाँ अवधारणा को रूप मा, टोपोलॉजिकल क्रम, सममिति जस्तै, संघनित पदार्थ भौतिकी मा एक आधारभूत अवधारणा हो। टोपोलोजीको गहिरो समझ कन्डेन्स्ड पदार्थ फिजिक्समा आधारभूत समस्याहरूसँग सम्बन्धित छ, जस्तै आधारभूत इलेक्ट्रोनिक संरचनाक्वान्टम चरणहरू, क्वान्टम चरण संक्रमण र क्वान्टम चरणहरूमा धेरै स्थिर तत्वहरूको उत्तेजना। टोपोलोजिकल सामग्रीहरूमा, इलेक्ट्रोन, फोनन र स्पिन जस्ता स्वतन्त्रताका धेरै डिग्रीहरू बीचको युग्मनले भौतिक गुणहरू बुझ्न र विनियमित गर्न निर्णायक भूमिका खेल्छ। प्रकाश उत्तेजना विभिन्न अन्तरक्रियाहरू बीच भेद गर्न र पदार्थको अवस्था हेरफेर गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ, र सामग्रीको आधारभूत भौतिक गुणहरू, संरचनात्मक चरण संक्रमणहरू, र नयाँ क्वान्टम अवस्थाहरू बारे जानकारी प्राप्त गर्न सकिन्छ। हाल, प्रकाश क्षेत्र द्वारा संचालित टोपोलॉजिकल सामग्रीको म्याक्रोस्कोपिक व्यवहार र तिनीहरूको माइक्रोस्कोपिक परमाणु संरचना र इलेक्ट्रोनिक गुणहरू बीचको सम्बन्ध अनुसन्धान लक्ष्य भएको छ।

टोपोलोजिकल सामग्रीको फोटोइलेक्ट्रिक प्रतिक्रिया व्यवहार यसको माइक्रोस्कोपिक इलेक्ट्रोनिक संरचनासँग नजिकबाट सम्बन्धित छ। टोपोलोजिकल अर्ध-धातुहरूको लागि, ब्यान्ड चौराहेको नजिक वाहक उत्तेजना प्रणालीको लहर प्रकार्य विशेषताहरूको लागि अत्यधिक संवेदनशील हुन्छ। टोपोलोजिकल अर्ध-धातुहरूमा ननलाइनर अप्टिकल घटनाहरूको अध्ययनले हामीलाई प्रणालीको उत्तेजित अवस्थाहरूको भौतिक गुणहरू राम्रोसँग बुझ्न मद्दत गर्दछ, र यो आशा गरिन्छ कि यी प्रभावहरू उत्पादनमा प्रयोग गर्न सकिन्छ।अप्टिकल उपकरणहरूर भविष्यमा सम्भावित व्यावहारिक अनुप्रयोगहरू प्रदान गर्दै सौर्य कक्षहरूको डिजाइन। उदाहरण को लागी, एक Weyl अर्ध-धातु मा, गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश को एक फोटोन को अवशोषित स्पिन को कारण हुनेछ, र कोणीय गति को संरक्षण को पूरा गर्न को लागी, Weyl कोन को दुबै छेउ मा इलेक्ट्रोन उत्तेजना असममित रूपमा वितरित हुनेछ। गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश प्रसार को दिशा, जसलाई chiral चयन नियम भनिन्छ (चित्र 1)।

टोपोलोजिकल सामग्रीको ननलाइनर अप्टिकल घटनाको सैद्धान्तिक अध्ययनले सामान्यतया भौतिक भू-स्थिति गुणहरू र सममिति विश्लेषणको गणना संयोजन गर्ने विधि अपनाउछ। यद्यपि, यस विधिमा केही दोषहरू छन्: यसमा गति स्पेस र वास्तविक ठाउँमा उत्साहित क्यारियरहरूको वास्तविक-समय गतिशील जानकारीको कमी छ, र यसले समय-समाधान गरिएको प्रयोगात्मक पत्ता लगाउने विधिसँग प्रत्यक्ष तुलना स्थापित गर्न सक्दैन। इलेक्ट्रोन-फोनोन र फोटोन-फोनोनहरू बीचको युग्मनलाई विचार गर्न सकिँदैन। र यो निश्चित चरण संक्रमण हुनको लागि महत्त्वपूर्ण छ। थप रूपमा, विक्षिप्तता सिद्धान्तमा आधारित यो सैद्धान्तिक विश्लेषणले बलियो प्रकाश क्षेत्र अन्तर्गत भौतिक प्रक्रियाहरूसँग सम्झौता गर्न सक्दैन। पहिलो सिद्धान्तहरूमा आधारित समय-निर्भर घनत्व कार्यात्मक आणविक गतिशीलता (TDDFT-MD) सिमुलेशनले माथिका समस्याहरू समाधान गर्न सक्छ।

हालसालै, अनुसन्धानकर्ता मेङ शेङको मार्गदर्शनमा, पोस्टडक्टोरल अनुसन्धानकर्ता गुआन मेन्ग्क्सु र चाइनिज एकेडेमी अफ साइन्सेजको इन्स्टिच्युट अफ फिजिक्सको स्टेट की ल्याबोरेटरी अफ सर्फेस फिजिक्सको SF10 समूहका डक्टरल विद्यार्थी वाङ एन/केन्द्रित पदार्थको लागि बेइजिङ राष्ट्रिय अनुसन्धान केन्द्र। बेइजिङ इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजीका प्रोफेसर सन जियाटाओसँग मिलेर भौतिकशास्त्रले स्व-विकसित एक्साइटेड स्टेट डाइनामिक्स सिमुलेशन सफ्टवेयर TDAP प्रयोग गर्यो। दोस्रो प्रकारको Weyl अर्ध-धातु WTe2 मा अल्ट्राफास्ट लेजरमा क्वास्टिपार्टिकल उत्तेजनाको प्रतिक्रिया विशेषताहरू अनुसन्धान गरिन्छ।

यो देखाइएको छ कि Weyl बिन्दु नजिक वाहकहरूको चयनात्मक उत्तेजना आणविक कक्षीय सममिति र संक्रमण चयन नियम द्वारा निर्धारण गरिन्छ, जुन chiral उत्तेजना को लागी सामान्य स्पिन चयन नियम भन्दा फरक छ, र यसको उत्तेजना मार्ग ध्रुवीकरण दिशा परिवर्तन गरेर नियन्त्रण गर्न सकिन्छ। रैखिक ध्रुवीकृत प्रकाश र फोटोन ऊर्जा (चित्र २)।

वाहकहरूको असममित उत्तेजनाले वास्तविक ठाउँमा विभिन्न दिशाहरूमा फोटोकरेन्टहरू प्रेरित गर्दछ, जसले प्रणालीको इन्टरलेयर स्लिपको दिशा र सममितिलाई असर गर्छ। WTe2 को टोपोलोजिकल गुणहरू, जस्तै Weyl बिन्दुहरूको संख्या र मोमेन्टम स्पेसमा पृथकताको डिग्री, प्रणालीको सममितिमा धेरै निर्भर छन् (चित्र 3), वाहकहरूको असममित उत्तेजनाले Weyl को विभिन्न व्यवहारहरू ल्याउनेछ। मोमेन्टम स्पेसमा चतुर्थकणहरू र प्रणालीको टोपोलोजिकल गुणहरूमा अनुरूप परिवर्तनहरू। तसर्थ, अध्ययनले फोटोटोपोलोजिकल चरण ट्रान्जिसन (चित्र ४) को लागि स्पष्ट चरण रेखाचित्र प्रदान गर्दछ।

नतिजाहरूले देखाउँछन् कि Weyl बिन्दु नजिक क्यारियर उत्तेजना को chirality ध्यान दिनु पर्छ, र तरंग प्रकार्य को परमाणु कक्षीय गुण विश्लेषण गरिनु पर्छ। दुईको प्रभावहरू समान छन् तर संयन्त्र स्पष्ट रूपमा फरक छ, जसले Weyl बिन्दुहरूको एकलता व्याख्या गर्न सैद्धान्तिक आधार प्रदान गर्दछ। थप रूपमा, यस अध्ययनमा अपनाइएको कम्प्युटेशनल विधिले परमाणु र इलेक्ट्रोनिक स्तरहरूमा सुपर-फास्ट टाइम स्केलमा जटिल अन्तरक्रियाहरू र गतिशील व्यवहारहरूलाई गहिरो रूपमा बुझ्न सक्छ, तिनीहरूको माइक्रोफिजिकल मेकानिजमहरू प्रकट गर्दछ, र भविष्यमा अनुसन्धानको लागि शक्तिशाली उपकरण हुने अपेक्षा गरिएको छ। टोपोलॉजिकल सामग्रीहरूमा ननलाइनर अप्टिकल घटना।

नतिजा नेचर कम्युनिकेसन्स जर्नलमा छ। अनुसन्धान कार्यलाई राष्ट्रिय कुञ्जी अनुसन्धान र विकास योजना, राष्ट्रिय प्राकृतिक विज्ञान फाउन्डेशन र चिनियाँ विज्ञान प्रतिष्ठानको रणनीतिक पायलट परियोजना (श्रेणी बी) द्वारा समर्थित छ।

FIG.1.a गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश अन्तर्गत सकारात्मक chirality चिन्ह (χ=+1) संग Weyl बिन्दुहरूको लागि chirality चयन नियम; b को Weyl बिन्दुमा आणविक कक्षीय सममितिका कारण चयनात्मक उत्तेजना। χ=+1 अन-लाइन ध्रुवीकृत प्रकाशमा

अंजीर। 2. a, Td-WTe2 को परमाणु संरचना रेखाचित्र; b फर्मी सतह नजिक ब्यान्ड संरचना; (c) ब्यान्ड संरचना र ब्रिल्युइन क्षेत्रमा उच्च सममित रेखाहरूमा वितरित परमाणु परिक्रमाहरूको सापेक्ष योगदान, तीर (1) र (2) क्रमशः Weyl बिन्दुहरू नजिक वा टाढाको उत्तेजना प्रतिनिधित्व गर्दछ; d गामा-एक्स दिशामा ब्यान्ड संरचनाको प्रवर्धन

FIG.3.ab: क्रिस्टलको A-अक्ष र B-अक्षको साथ रैखिक ध्रुवीकृत प्रकाश ध्रुवीकरण दिशाको सापेक्ष इन्टरलेयर आन्दोलन, र सम्बन्धित आन्दोलन मोड चित्रण गरिएको छ; C. सैद्धान्तिक अनुकरण र प्रयोगात्मक अवलोकन बीच तुलना; de: प्रणालीको सममिति विकास र kz=0 समतलमा दुई नजिकको Weyl बिन्दुहरूको स्थिति, संख्या र विभाजनको डिग्री

अंजीर। 4. रैखिक ध्रुवीकृत प्रकाश फोटोन ऊर्जा (?) ω) र ध्रुवीकरण दिशा (θ) निर्भर चरण रेखाचित्रको लागि Td-WTe2 मा फोटोटोपोलोजिकल चरण संक्रमण।