Et gouf Fortschrëtter an der Studie vun der ultraschneller Bewegung vu Weil-Quasipartikelen, déi duerch Laser kontrolléiert ginn, gemaach.

Et gouf Fortschrëtter an der Studie vun der ultraschneller Bewegung vu Weil-Quasipartikelen, déi vun ... kontrolléiert ginn, gemaach.Laseren

An de leschte Joren ass déi theoretesch an experimentell Fuerschung iwwer topologesch Quantezoustänn an topologesch Quantematerialien zu engem aktuellen Thema am Beräich vun der kondenséierter Matièrephysik ginn. Als neit Konzept vun der Matièreklassifikatioun ass topologesch Uerdnung, wéi Symmetrie, e fundamentalt Konzept an der kondenséierter Matièrephysik. E grëndlecht Verständnis vun der Topologie hänkt mat de Grondproblemer an der kondenséierter Matièrephysik zesummen, wéi zum Beispill der Basis elektronescher Struktur vun ...Quantephasen, Quantephaseniwwergäng an Anregung vu ville immobiliséierten Elementer a Quantephasen. An topologesche Materialien spillt d'Kopplung tëscht ville Fräiheetsgraden, wéi Elektronen, Phononen a Spin, eng entscheedend Roll beim Versteesdemech a Reguléierung vu Materialeegeschaften. Liichtanregung kann benotzt ginn, fir tëscht verschiddenen Interaktiounen z'ënnerscheeden an den Zoustand vun der Matière ze manipuléieren, an Informatiounen iwwer déi grondleeënd physikalesch Eegeschafte vum Material, strukturell Phaseniwwergäng an nei Quantezoustänn kënnen dann kritt ginn. Aktuell ass d'Bezéiung tëscht dem makroskopesche Verhalen vun topologesche Materialien, déi duerch e Liichtfeld ugedriwwe ginn, an hirer mikroskopescher Atomstruktur an elektroneschen Eegeschafte zu engem Fuerschungszil ginn.

D'photoelektrescht Reaktiounsverhalen vun topologesche Materialien ass enk mat hirer mikroskopescher elektronescher Struktur verbonnen. Fir topologesch Hallefmetaller ass d'Carriage-Excitatioun no bei der Bandschnittspunkt héich empfindlech op d'Wellenfunktiounscharakteristike vum System. D'Studie vun netlinearen optesche Phänomener an topologesche Hallefmetaller kann eis hëllefen, déi physikalesch Eegeschafte vun den ugereegten Zoustänn vum System besser ze verstoen, an et gëtt erwaart, datt dës Effekter bei der Fabrikatioun vun ... kënne benotzt ginn.optesch Apparateran den Design vu Solarzellen, wat potenziell praktesch Uwendungen an der Zukunft bitt. Zum Beispill, an engem Weyl-Hallefmetall, wäert d'Absorptioun vun engem Photon vu zirkulär polariséiertem Liicht de Spin ëmdréinen, an fir d'Erhale vum Dréimomentum ze erfëllen, gëtt d'Elektroneanregung op béide Säite vum Weyl-Kegel asymmetresch laanscht d'Richtung vun der zirkulär polariséierter Liichtausbreedung verdeelt, wat als chiral Selektiounsregel bezeechent gëtt (Figur 1).

Déi theoretesch Studie vun netlinearen optesche Phänomener vun topologesche Materialien benotzt normalerweis d'Method vun der Kombinatioun vun der Berechnung vun de Grondzoustandseigenschaften vum Material an der Symmetrieanalyse. Dës Method huet awer e puer Nodeeler: et feelt hir déi dynamesch Echtzäitinformatioun vun den ugereegten Träger am Impulsraum an am reale Raum, an et kann keen direkten Verglach mat der zäitopgeléister experimenteller Detektiounsmethod etabléieren. D'Kopplung tëscht Elektron-Phononen a Photon-Phononen kann net berécksiichtegt ginn. An dat ass entscheedend fir datt bestëmmte Phaseniwwergäng optrieden. Zousätzlech kann dës theoretesch Analyse baséiert op der Stéierungstheorie net mat de physikalesche Prozesser ënner dem staarke Liichtfeld ëmgoen. Déi zäitofhängeg Dichtfunktional Molekulardynamiksimulatioun (TDDFT-MD) baséiert op éischte Prinzipien kann déi uewe genannte Problemer léisen.

Viru kuerzem hunn si ënner der Leedung vun der Fuerscherin Meng Sheng, dem Postdoktorand Guan Mengxue an dem Doktorand Wang En vun der SF10 Grupp vum State Key Laboratory of Surface Physics vum Institute of Physics vun der Chinesescher Akademie vun de Wëssenschaften/Peking National Research Center for Concentrated Matter Physics, a Kooperatioun mam Professer Sun Jiatao vum Peking Institute of Technology, déi selwer entwéckelt Simulatiounssoftware fir den Dynamik vun der ugereegter Zoustänn TDAP benotzt. D'Äntwertcharakteristike vun der Quastartikelanregung op ultraschnelle Laser an der zweeter Aart vu Weyl-Hallefmetall WTe2 ginn ënnersicht.

Et gouf gewisen, datt déi selektiv Anregung vun Träger no beim Weyl-Punkt duerch atomar Orbitalsymmetrie an Iwwergangsauswielregel bestëmmt gëtt, déi sech vun der üblecher Spinauswielregel fir chiral Anregung ënnerscheet, an datt hiren Anregungswee duerch Ännerung vun der Polarisatiounsrichtung vu linear polariséiertem Liicht a Photonenergie kontrolléiert ka ginn (FIG. 2).

Déi asymmetresch Anregung vun den Träger induzéiert Photostréim a verschiddene Richtungen am reelle Raum, wat d'Richtung an d'Symmetrie vum Zwëscheschicht-Rutsch vum System beaflosst. Well déi topologesch Eegeschafte vu WTe2, wéi d'Zuel vun de Weyl-Punkten an de Grad vun der Trennung am Impulsraum, staark vun der Symmetrie vum System ofhängeg sinn (Figur 3), wäert déi asymmetresch Anregung vun den Träger zu engem anere Verhale vu Weyl-Quastipartikelen am Impulsraum a korrespondéierende Verännerungen an den topologeschen Eegeschafte vum System féieren. Dofir liwwert d'Studie en kloert Phasendiagramm fir phototopologesch Phaseniwwergäng (Figur 4).

D'Resultater weisen datt d'Chiralitéit vun der Trägeranregung beim Weyl-Punkt Opmierksamkeet sollt geluecht ginn, an d'Eegeschafte vun den atomaren Orbitalen vun der Wellefunktioun analyséiert solle ginn. D'Effekter vun deenen zwee sinn ähnlech, awer de Mechanismus ass offensichtlech ënnerschiddlech, wat eng theoretesch Basis fir d'Erklärung vun der Singularitéit vun de Weyl-Punkten ubitt. Zousätzlech kann d'Berechnungsmethod, déi an dëser Studie benotzt gouf, déi komplex Interaktiounen an dynamescht Verhalen op atomarer an elektronescher Ebene an enger superschneller Zäitskala grëndlech verstoen, hir mikrophysikalesch Mechanismen opdecken, an et gëtt erwaart datt se e mächtegt Instrument fir zukünfteg Fuerschung iwwer netlinear optesch Phänomener an topologesche Materialien ass.

D'Resultater sinn an der Zäitschrëft Nature Communications publizéiert. D'Fuerschungsaarbecht gëtt vum National Key Research and Development Plan, der National Natural Science Foundation an dem Strategic Pilot Project (Kategorie B) vun der Chinesescher Akademie vun de Wëssenschaften ënnerstëtzt.

FIG.1.a. D'Chiralitéitsauswielregel fir Weyl-Punkten mat positivem Chiralitéitszeechen (χ=+1) ënner zirkulär polariséiertem Liicht; Selektiv Anregung wéinst atomarer Orbitalsymmetrie um Weyl-Punkt vu b. χ=+1 a online polariséiertem Liicht

FIG. 2. Atomstrukturdiagramm vun a, Td-WTe2; b. Bandstruktur no bei der Fermi-Uewerfläch; (c) Bandstruktur a relativ Bäiträg vun atomaren Orbitalen, déi laanscht héich symmetresch Linnen an der Brillouin-Regioun verdeelt sinn, Pfeiler (1) an (2) representéieren d'Ureegung no respektiv wäit ewech vu Weyl-Punkten; d. Verstäerkung vun der Bandstruktur laanscht d'Gamma-X-Richtung

FIG.3.ab: Déi relativ Zwëscheschichtbewegung vun der linear polariséierter Liichtpolarisatiounsrichtung laanscht d'A-Achs an d'B-Achs vum Kristall, an de korrespondéierende Bewegungsmodus gëtt illustréiert; C. Vergläich tëscht theoretescher Simulatioun an experimenteller Observatioun; de: Symmetrieentwécklung vum System an d'Positioun, d'Zuel an de Grad vun der Trennung vun den zwee nootste Weyl-Punkten an der kz=0-Fläch

FIG. 4. Phototopologeschen Phaseniwwergang an Td-WTe2 fir linear polariséiert Liichtphotonenergie (?) ω) a Polarisatiounsrichtung (θ) ofhängeg Phasendiagramm