Sono stati compiuti progressi nello studio del movimento ultraveloce delle quasiparticelle di Weil controllate dalaser
Negli ultimi anni, la ricerca teorica e sperimentale sugli stati quantici topologici e sui materiali quantistici topologici è diventata un argomento caldo nel campo della fisica della materia condensata. Come nuovo concetto di classificazione della materia, l'ordine topologico, come la simmetria, è un concetto fondamentale nella fisica della materia condensata. Una profonda comprensione della topologia è correlata ai problemi di base nella fisica della materia condensata, come la struttura elettronica di base difasi quantistiche, Transizioni di fase quantistica ed eccitazione di molti elementi immobilizzati in fasi quantistiche. Nei materiali topologici, l'accoppiamento tra molti gradi di libertà, come elettroni, fononi e spin, svolge un ruolo decisivo nella comprensione e nella regolazione delle proprietà dei materiali. L'eccitazione della luce può essere utilizzata per distinguere tra diverse interazioni e manipolare lo stato della materia e le informazioni sulle proprietà fisiche di base del materiale, le transizioni di fase strutturale e i nuovi stati quantici possono essere ottenuti. Allo stato attuale, la relazione tra il comportamento macroscopico dei materiali topologici guidati dal campo di luce e la loro microscopica struttura atomica e proprietà elettroniche è diventata un obiettivo di ricerca.
Il comportamento di risposta fotoelettrica dei materiali topologici è strettamente correlato alla sua struttura elettronica microscopica. Per i semi-metalli topologici, l'eccitazione portante vicino all'intersezione della banda è altamente sensibile alle caratteristiche della funzione d'onda del sistema. Lo studio dei fenomeni ottici non lineari nei semi-metalli topologici può aiutarci a comprendere meglio le proprietà fisiche degli stati eccitati del sistema e si prevede che questi effetti possano essere utilizzati nella produzione didispositivi otticie la progettazione di celle solari, fornendo potenziali applicazioni pratiche in futuro. Ad esempio, in un semi-metallo di Weyl, assorbendo un fotone di luce circolare polarizzata causerà il capovolgimento della rotazione e, per far fronte alla conservazione del momento angolare, l'eccitazione elettronica su entrambi i lati del cono Weyl sarà distribuita asimmetricamente lungo la direzione della propagazione della luce circolare, che è chiamata selezione chirale (Figura 1).
Lo studio teorico dei fenomeni ottici non lineari dei materiali topologici di solito adotta il metodo per combinare il calcolo delle proprietà dello stato fondamentale dei materiali e dell'analisi della simmetria. Tuttavia, questo metodo ha alcuni difetti: mancano le informazioni dinamiche in tempo reale dei portatori eccitati nello spazio del momento e nello spazio reale e non può stabilire un confronto diretto con il metodo di rilevamento sperimentale risolto nel tempo. Non è possibile prendere in considerazione l'accoppiamento tra elettroni-fononi e fotoni-fononi. E questo è fondamentale per alcune transizioni di fase. Inoltre, questa analisi teorica basata sulla teoria delle perturbazioni non può affrontare i processi fisici nell'ambito del forte campo di luce. La simulazione della dinamica molecolare funzionale della densità dipendente dal tempo (TDDFT-MD) basata sui primi principi può risolvere i problemi di cui sopra.
Recentemente, sotto la guida del ricercatore Meng Sheng, del ricercatore post-dottorato Guan Mengxue e dello studente di dottorato Wang en del gruppo SF10 del laboratorio di Stato Key Laboratory of Surface Physics dell'Institute of Physics of Chinese Academy of Sciences/Beijing National Research Center, Emoxed Research Fisics, Emoxed Research Fisics, Emoxed Research Fisics, Emoxed Research Centro Extraed Emolated Emoxed Emoxed Emoxed Centre Eatch-Exvelis software tdap. Vengono studiate le caratteristiche di risposta dell'eccitazione quastiparticella al laser ultraveloce nel secondo tipo di wte2 semi-metal di Weyl.
È stato dimostrato che l'eccitazione selettiva dei portatori vicino al punto Weyl è determinata dalla regola della simmetria orbitale atomica e dalla selezione della transizione, che è diversa dalla solita regola di selezione dello spin per l'eccitazione chirale, e il suo percorso di eccitazione può essere controllato modificando la direzione di polarizzazione della luce lineare polarizzata e dell'energia fottonica (Fig. 2).
L'eccitazione asimmetrica dei portatori induce fotocorrenti in diverse direzioni nello spazio reale, che influenza la direzione e la simmetria dello slittamento interstrato del sistema. Poiché le proprietà topologiche di WTE2, come il numero di punti Weyl e il grado di separazione nello spazio del momento, dipendono fortemente dalla simmetria del sistema (Figura 3), l'eccitazione asimmetrica dei vettori porterà a diversi comportamenti delle quastiparticelle di Weyl nello spazio slancio e corrispondenti cambiamenti nelle proprietà topologiche del sistema. Pertanto, lo studio fornisce un diagramma di fase chiaro per le transizioni di fase fototopologica (Figura 4).
I risultati mostrano che la chiralità dell'eccitazione portante vicino a Weyl Point dovrebbe essere prestata attenzione e che le proprietà orbitali atomiche della funzione d'onda dovrebbero essere analizzate. Gli effetti dei due sono simili ma il meccanismo è ovviamente diverso, il che fornisce una base teorica per spiegare la singolarità dei punti Weyl. Inoltre, il metodo computazionale adottato in questo studio può comprendere profondamente le complesse interazioni e i comportamenti dinamici a livello atomico ed elettronico in una scala temporale super veloce, rivelare i loro meccanismi microfisici e dovrebbe essere un potente strumento per la ricerca futura sui fenomeni ottici non lineari nei materiali topologici.
I risultati sono nella rivista Nature Communications. Il lavoro di ricerca è supportato dal National Key Research and Development Plan, dalla National Natural Science Foundation e dal Progetto pilota strategico (categoria B) dell'Accademia cinese delle scienze.
Fig.1.A. La regola di selezione della chiralità per i punti Weyl con segno di chiralità positivo (χ =+1) sotto luce circolare polarizzata; Eccitazione selettiva dovuta alla simmetria orbitale atomica nel punto Weyl di B. χ =+1 in luce polarizzata in linea
FICO. 2. Diagramma della struttura atomica di A, TD-WTE2; B. Struttura della fascia vicino alla superficie di Fermi; (c) la struttura della banda e i contributi relativi degli orbitali atomici distribuiti lungo alte linee simmetriche nella regione di Brillouin, le frecce (1) e (2) rappresentano l'eccitazione vicino o lontano dai punti Weyl, rispettivamente; D. Amplificazione della struttura della banda lungo la direzione gamma-x
Fig.3.AB: il movimento relativo interstrato della direzione di polarizzazione della luce polarizzata linearmente lungo l'asse A e l'asse B del cristallo, e la modalità di movimento corrispondente è illustrata; C. confronto tra simulazione teorica e osservazione sperimentale; DE: Evoluzione della simmetria del sistema e posizione, numero e grado di separazione dei due punti Weyl più vicini nel piano KZ = 0
FICO. 3
Tempo post: set-25-2023