Лазераар удирддаг Вейлийн квазибөөмсийн хэт хурдан хөдөлгөөнийг судлахад ахиц дэвшил гарсан.

-ын хяналтанд байдаг Вейлийн квазибөөмийн хэт хурдан хөдөлгөөнийг судлахад ахиц дэвшил гарсан.лазерууд

Сүүлийн жилүүдэд топологийн квант төлөв байдал болон топологийн квант материалын онолын болон туршилтын судалгаа нь конденсацлагдсан бодисын физикийн салбарт халуун сэдэв болж байна. Бодисын ангиллын шинэ ойлголт болохын хувьд топологийн дараалал нь тэгш хэмийн нэгэн адил конденсацлагдсан бодисын физикийн үндсэн ойлголт юм. Топологийн талаар гүнзгий ойлголттой байх нь конденсацлагдсан бодисын физикийн үндсэн асуудлууд, тухайлбал электрон бүтэцтэй холбоотой юм.квант фазууд, квант фазын шилжилт ба квант фаз дахь олон хөдөлгөөнгүй элементүүдийн өдөөлт. Топологийн материалд электрон, фонон, спин зэрэг олон эрх чөлөөний зэрэг хоорондын холбоо нь материалын шинж чанарыг ойлгох, зохицуулахад шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг. Гэрлийн өдөөлтийг янз бүрийн харилцан үйлчлэлийг ялгаж, бодисын төлөв байдлыг өөрчлөхөд ашиглаж болох бөгөөд материалын үндсэн физик шинж чанар, бүтцийн фазын шилжилт, шинэ квант төлөвийн талаарх мэдээллийг олж авах боломжтой. Одоогийн байдлаар гэрлийн талбараар хөдөлдөг топологийн материалын макроскопийн зан төлөв ба тэдгээрийн микроскопийн атомын бүтэц, электрон шинж чанаруудын хоорондын хамаарал нь судалгааны зорилго болсон.

Топологийн материалын фотоцахилгаан хариу үйлдэл нь түүний микроскопийн электрон бүтэцтэй нягт холбоотой. Топологийн хагас металлын хувьд зурвасын огтлолцлын ойролцоох тээвэрлэгчийн өдөөлт нь системийн долгионы функцийн шинж чанарт маш мэдрэмтгий байдаг. Топологийн хагас металлын шугаман бус оптик үзэгдлийг судлах нь системийн өдөөгдсөн төлөвийн физик шинж чанарыг илүү сайн ойлгоход тусалдаг бөгөөд эдгээр нөлөөллийг үйлдвэрлэлд ашиглаж болно гэж үзэж байна.оптик төхөөрөмжүүдмөн нарны зай хураагуурын дизайн нь ирээдүйд практик хэрэглээг хангах болно. Жишээлбэл, Вейл хагас металлд дугуй туйлширсан гэрлийн фотоныг шингээх нь спинийг эргүүлэхэд хүргэдэг бөгөөд өнцгийн импульсийн хадгалалтыг хангахын тулд Вейл конусын хоёр талын электрон өдөөлт нь дугуй туйлширсан гэрлийн тархалтын чиглэлийн дагуу тэгш бус тархалттай байх бөгөөд үүнийг хирал сонголтын дүрэм гэж нэрлэдэг (Зураг 1).

Топологийн материалын шугаман бус оптик үзэгдлийн онолын судалгаанд ихэвчлэн материалын газрын төлөвийн шинж чанарыг тооцоолох болон тэгш хэмийн шинжилгээг хослуулах аргыг ашигладаг. Гэсэн хэдий ч энэ арга нь зарим дутагдалтай талуудтай: импульсийн орон зай болон бодит орон зайд өдөөгдсөн тээвэрлэгчдийн бодит цагийн динамик мэдээлэл дутмаг бөгөөд цаг хугацаагаар тодорхойлогдсон туршилтын илрүүлэх аргатай шууд харьцуулалт хийж чадахгүй. Электрон-фонон ба фотон-фононуудын хоорондын холбоог авч үзэх боломжгүй. Мөн энэ нь тодорхой фазын шилжилтүүд явагдахад чухал үүрэгтэй. Нэмж дурдахад, гажуудлын онол дээр суурилсан энэхүү онолын шинжилгээ нь хүчтэй гэрлийн талбайн доорх физик процессуудыг авч үзэж чадахгүй. Эхний зарчимд суурилсан цаг хугацаанаас хамааралтай нягтралын функциональ молекулын динамик (TDDFT-MD) симуляци нь дээрх асуудлыг шийдэж чадна.

Саяхан Хятадын Шинжлэх Ухааны Академийн Физикийн Хүрээлэн/Бээжингийн Үндэсний Төвлөрсөн Бодисын Физикийн Судалгааны Төвийн Гадаргуугийн Физикийн Улсын Түлхүүр Лабораторийн SF10 Бүлгийн судлаач Мэн Шэн, докторын дараах судлаач Гуань Мэнсюэ, докторын оюутан Ван Эн нарын удирдлага дор Бээжингийн Технологийн Хүрээлэнгийн профессор Сун Жиатаотой хамтран өөрсдөө боловсруулсан өдөөгдсөн төлөвийн динамикийн симуляцийн програм хангамж TDAP-ийг ашигласан. Хоёр дахь төрлийн Вейл хагас металл WTe2-д хэт хурдан лазерт квастипаразмын өдөөлтийн хариу урвалын шинж чанарыг судалж байна.

Вейл цэгийн ойролцоох тээвэрлэгчдийн сонгомол өдөөлтийг атомын тойрог замын тэгш хэм ба шилжилтийн сонголтын дүрмээр тодорхойлдог бөгөөд энэ нь хираль өдөөлтийн ердийн спин сонгох дүрмээс өөр бөгөөд түүний өдөөлтийн замыг шугаман туйлширсан гэрэл ба фотоны энергийн туйлшралын чиглэлийг өөрчлөх замаар хянаж болохыг харуулсан (Зураг 2).

Тээвэрлэгчдийн тэгш бус өдөөлт нь бодит орон зайд өөр өөр чиглэлд фото гүйдлийг өдөөдөг бөгөөд энэ нь системийн давхаргын хоорондох гулсалтын чиглэл ба тэгш хэмд нөлөөлдөг. WTe2-ийн топологийн шинж чанарууд, тухайлбал Вейл цэгүүдийн тоо болон импульсийн орон зай дахь тусгаарлалтын зэрэг нь системийн тэгш хэмээс ихээхэн хамаардаг тул (Зураг 3), тээгчдийг тэгш бус өдөөх нь Вейл квастипартикийн импульсийн орон зайд өөр өөр зан төлөвийг бий болгож, системийн топологийн шинж чанарт харгалзах өөрчлөлтийг авчирна. Тиймээс судалгаагаар фототопологийн фазын шилжилтийн тодорхой фазын диаграммыг гаргаж авсан (Зураг 4).

Үр дүнгээс харахад Вейл цэгийн ойролцоох тээвэрлэгчийн өдөөлтийн хираль чанарыг анхаарч үзэх, долгионы функцийн атомын тойрог замын шинж чанарыг шинжлэх шаардлагатай байна. Энэ хоёрын нөлөө нь төстэй боловч механизм нь илт өөр бөгөөд энэ нь Вейл цэгүүдийн сингуляр чанарыг тайлбарлах онолын үндэс суурийг тавьж өгдөг. Нэмж дурдахад, энэхүү судалгаанд ашигласан тооцооллын арга нь атомын болон электрон түвшний нарийн төвөгтэй харилцан үйлчлэл ба динамик зан төлөвийг маш хурдан хугацааны хэмжүүрээр гүнзгий ойлгож, тэдгээрийн микрофизик механизмыг илчилж, топологийн материал дахь шугаман бус оптик үзэгдлийн ирээдүйн судалгаанд хүчирхэг хэрэгсэл болно гэж үзэж байна.

Үр дүнг Nature Communications сэтгүүлд нийтэлсэн. Судалгааны ажлыг Үндэсний гол судалгаа, хөгжлийн төлөвлөгөө, Байгалийн шинжлэх ухааны үндэсний сан болон Хятадын Шинжлэх ухааны академийн Стратегийн туршилтын төсөл (B ангилал) дэмжиж байна.

ЗУРАГ.1.a. Дугуй туйлширсан гэрлийн дор эерэг хирал шинж тэмдэгтэй (χ=+1) Вейл цэгүүдийн хирал чанарыг сонгох дүрэм; b-ийн Вейл цэг дээрх атомын тойрог замын тэгш хэмээс шалтгаалсан сонгомол өдөөлт. Онлайн туйлширсан гэрэлд χ=+1.

ЗУРАГ. 2. a, Td-WTe2-ийн атомын бүтцийн диаграмм; b. Ферми гадаргуугийн ойролцоох зурвасын бүтэц; (c) Бриллюэн мужид өндөр тэгш хэмтэй шугамын дагуу тархсан зурвасын бүтэц ба атомын орбиталуудын харьцангуй хувь нэмэр, (1) ба (2) сумнууд нь Вейл цэгүүдийн ойролцоо эсвэл хол өдөөлтийг тус тус илэрхийлнэ; d. Гамма-X чиглэлийн дагуу зурвасын бүтцийн олшруулалт

Зураг 3.ab: Болорын А тэнхлэг ба В тэнхлэгийн дагуу шугаман туйлширсан гэрлийн туйлшралын чиглэлийн давхарга хоорондын харьцангуй хөдөлгөөн болон харгалзах хөдөлгөөний горимыг харуулав; C. Онолын симуляци ба туршилтын ажиглалтын харьцуулалт; de: Системийн тэгш хэмийн хувьсал ба kz=0 хавтгайд хамгийн ойр хоёр Вейл цэгийн байрлал, тоо, тусгаарлалтын зэрэг

ЗУРАГ. 4. Шугаман туйлширсан гэрлийн фотоны энерги (?) ω) болон туйлшралын чиглэл (θ)-ээс хамааралтай фазын диаграммын хувьд Td-WTe2 дахь фототопологийн фазын шилжилт