Вейлийн хагас бөөмсийн хэт хурдан хөдөлгөөнийг судлахад ахиц дэвшил гарсанлазерууд
Сүүлийн жилүүдэд топологийн квант төлөв ба топологийн квант материалын онолын болон туршилтын судалгаа нь конденсацийн физикийн салбарын халуун сэдэв болоод байна. Бодисын ангиллын шинэ үзэл баримтлалын хувьд топологийн дараалал нь тэгш хэмийн нэгэн адил нягтруулсан бодисын физикийн үндсэн ойлголт юм. Топологийн талаар гүнзгий ойлголттой байх нь конденсацлагдсан бодисын физикийн үндсэн асуудлууд, тухайлбал, электроникийн үндсэн бүтэцтэй холбоотой байдаг.квант фазууд, квант фазын шилжилт ба квант фазын олон хөдөлгөөнгүй элементүүдийн өдөөлт. Топологийн материалд электрон, фонон, спин зэрэг олон тооны эрх чөлөөний хоорондох холбоо нь материалын шинж чанарыг ойлгох, зохицуулахад шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг. Гэрлийн өдөөлтийг ашиглан янз бүрийн харилцан үйлчлэлийг ялгаж, бодисын төлөвийг удирдах боломжтой бөгөөд дараа нь материалын үндсэн физик шинж чанар, бүтцийн фазын шилжилт, шинэ квант төлөвийн талаархи мэдээллийг олж авах боломжтой. Одоогийн байдлаар гэрлийн талбайн нөлөөгөөр ажилладаг топологийн материалын макроскоп шинж чанар, тэдгээрийн микроскопийн атомын бүтэц, электрон шинж чанаруудын хоорондын хамаарлыг судлах нь судалгааны зорилго болоод байна.
Топологийн материалын фотоэлектрик хариу үйлдэл нь түүний микроскопийн электрон бүтэцтэй нягт холбоотой байдаг. Топологийн хагас металлын хувьд зурвасын уулзварын ойролцоох зөөгч өдөөлт нь системийн долгионы функцын шинж чанарт маш мэдрэмтгий байдаг. Топологийн хагас металлын шугаман бус оптик үзэгдлийг судлах нь системийн өдөөгдсөн төлөвийн физик шинж чанарыг илүү сайн ойлгоход тусалж болох бөгөөд эдгээр нөлөөг үйлдвэрлэхэд ашиглах боломжтой гэж үзэж байна.оптик төхөөрөмжнарны зайн дизайн, ирээдүйд боломжит практик хэрэглээг хангах. Жишээлбэл, Вейлийн хагас металлын хувьд дугуй туйлширсан гэрлийн фотоныг шингээх нь эргэлтийг эргүүлэхэд хүргэдэг бөгөөд өнцгийн импульсийн хадгалалтыг хангахын тулд Вейлийн конусын хоёр тал дахь электроны өдөөлт нь тэгш бус байдлаар тархдаг. дугуй хэлбэрийн туйлширсан гэрлийн тархалтын чиглэлийг хирал сонгох дүрэм гэж нэрлэдэг (Зураг 1).
Топологийн материалын шугаман бус оптик үзэгдлийн онолын судалгаа нь ихэвчлэн материалын үндсэн төлөвийн шинж чанарыг тооцоолох, тэгш хэмийн шинжилгээг хослуулах аргыг ашигладаг. Гэсэн хэдий ч энэ арга нь зарим дутагдалтай байдаг: энэ нь импульсийн орон зай, бодит орон зай дахь өдөөгдөх тээвэрлэгчдийн бодит цагийн динамик мэдээлэлгүй бөгөөд цаг хугацааны шийдлийн туршилтын илрүүлэх аргатай шууд харьцуулах боломжгүй юм. Электрон-фонон ба фотон-фононуудын холболтыг авч үзэх боломжгүй. Мөн энэ нь тодорхой фазын шилжилтийг хийхэд маш чухал юм. Нэмж дурдахад, цочролын онол дээр үндэслэсэн энэхүү онолын шинжилгээ нь хүчтэй гэрлийн талбайн доорхи физик процессуудыг шийдвэрлэх боломжгүй юм. Эхний зарчмууд дээр суурилсан цаг хугацаанаас хамааралтай нягтралын функциональ молекул динамик (TDDFT-MD) загварчлал нь дээрх асуудлыг шийдэж чадна.
Саяхан Хятадын Шинжлэх Ухааны Академийн Физикийн Хүрээлэнгийн Гадаргын Физикийн Улсын Түлхүүр Лабораторийн SF10 бүлгийн судлаач Мэн Шэн, докторын дараах судлаач Гуан Мэншюэ, докторант Ван Эн нарын удирдлаган дор /Бээжингийн төвлөрсөн бодисын үндэсний судалгааны төв Физик, Бээжингийн Технологийн дээд сургуулийн профессор Сун Жиатаотай хамтран тэд өөрсдөө боловсруулсан сэтгэл хөдөлгөм төлөвийн динамик симуляцийн TDAP программыг ашигласан. Хоёрдахь төрлийн Weyl хагас металл WTe2 дахь хэт хурдан лазерын квастикулын өдөөлтийн хариу урвалын шинж чанарыг судалж байна.
Вейлийн цэгийн ойролцоох тээвэрлэгчдийн сонгомол өдөөлтийг атомын тойрог замын тэгш хэм, шилжилтийн сонголтын дүрмээр тодорхойлдог нь хираль өдөөлтөд зориулсан ердийн эргүүлэх сонголтын дүрмээс ялгаатай бөгөөд түүний өдөөх замыг туйлшралын чиглэлийг өөрчлөх замаар хянах боломжтой болохыг харуулсан. шугаман туйлширсан гэрэл ба фотоны энерги (Зураг 2).
Тээвэрлэгчийн тэгш бус өдөөлт нь бодит орон зайд янз бүрийн чиглэлд фото гүйдлийг өдөөдөг бөгөөд энэ нь системийн давхарга хоорондын гулсалтын чиглэл, тэгш хэмд нөлөөлдөг. WTe2-ийн топологийн шинж чанарууд, тухайлбал Вейлийн цэгүүдийн тоо, импульсийн орон зай дахь тусгаарлах зэрэг нь системийн тэгш хэмээс ихээхэн хамааралтай байдаг (Зураг 3) тээвэрлэгчдийн тэгш бус өдөөлт нь Вейлийн өөр өөр зан төлөвийг бий болгоно. импульсийн орон зай дахь квастикулууд ба системийн топологийн шинж чанаруудын холбогдох өөрчлөлтүүд. Тиймээс судалгаа нь фототопологийн фазын шилжилтийн тодорхой фазын диаграммыг өгдөг (Зураг 4).
Үр дүн нь Вейлийн цэгийн ойролцоох зөөвөрлөгчийн өдөөлтийн хирралт байдалд анхаарлаа хандуулж, долгионы функцийн атомын тойрог замын шинж чанарыг шинжлэх шаардлагатай байгааг харуулж байна. Энэ хоёрын үр нөлөө нь ижил төстэй боловч механизм нь өөр өөр байдаг нь Вейлийн цэгүүдийн өвөрмөц байдлыг тайлбарлах онолын үндэслэл болдог. Нэмж дурдахад энэхүү судалгаанд ашигласан тооцооллын арга нь атомын болон электрон түвшний нарийн төвөгтэй харилцан үйлчлэл, динамик зан үйлийг цаг хугацааны хэт хурдтайгаар гүн гүнзгий ойлгож, тэдгээрийн микрофизик механизмыг илчлэх боломжтой бөгөөд ирээдүйн судалгаанд хүчирхэг хэрэгсэл болох төлөвтэй байна. топологийн материал дахь шугаман бус оптик үзэгдлүүд.
Үр дүнг Nature Communications сэтгүүлд нийтэлжээ. Судалгааны ажлыг Үндэсний гол судалгаа, хөгжлийн төлөвлөгөө, Байгалийн шинжлэх ухааны үндэсний сан, Хятадын Шинжлэх ухааны академийн Стратегийн туршилтын төсөл (B ангилал) дэмжин ажиллаж байна.
ЗУРАГ 1.а. Дугуй туйлширсан гэрлийн дор эерэг хиралитын тэмдэгтэй (χ=+1) Вейлийн цэгүүдийн хиралийн сонголтын дүрэм; b-ийн Вейл цэг дэх атомын тойрог замын тэгш хэмийн улмаас сонгомол өдөөлт. Онлайн туйлширсан гэрэлд χ=+1
ЗУРАГ. 2. a-ийн атомын бүтцийн диаграмм, Td-WTe2; б. Ферми гадаргуугийн ойролцоо туузан бүтэц; (в) Бриллоуин мужид өндөр тэгш хэмтэй шугамын дагуу тархсан атомын орбиталуудын зурвасын бүтэц ба харьцангуй хувь нэмэр, сум (1) ба (2) нь Вейлийн цэгүүдийн ойролцоо эсвэл хол байгаа өдөөлтийг тус тус илэрхийлнэ; г. Гамма-X чиглэлийн дагуу туузны бүтцийг олшруулах
FIG.3.ab: Кристалын А ба В тэнхлэгийн дагуу шугаман туйлширсан гэрлийн туйлшралын чиглэлийн үе хоорондын харьцангуй хөдөлгөөн, харгалзах хөдөлгөөний горимыг дүрсэлсэн болно; C. Онолын загварчлал ба туршилтын ажиглалтын харьцуулалт; de: Системийн тэгш хэмийн хувьсал ба kz=0 хавтгайд хамгийн ойр байрлах Вейлийн хоёр цэгийн байрлал, тоо, тусгаарлах зэрэг.
ЗУРАГ. 4. Шугаман туйлширсан гэрлийн фотоны энерги (?) ω) ба туйлшралын чиглэлээс (θ) хамааралтай фазын диаграммд Td-WTe2 дахь фототопологийн фазын шилжилт
Шуудангийн цаг: 2023 оны 9-р сарын 25