มีความก้าวหน้าในการศึกษาการเคลื่อนที่เร็วมากของอนุภาค Weil ที่ควบคุมโดยเลเซอร์
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยทางทฤษฎีและเชิงทดลองเกี่ยวกับสถานะควอนตัมเชิงทอพอโลยีและวัสดุควอนตัมเชิงทอพอโลยีกลายเป็นประเด็นร้อนในสาขาฟิสิกส์สสารควบแน่นเนื่องจากแนวคิดใหม่ของการจำแนกประเภทสสาร ลำดับทอพอโลยี เช่น สมมาตร จึงเป็นแนวคิดพื้นฐานในฟิสิกส์เรื่องควบแน่นความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับโทโพโลยีเกี่ยวข้องกับปัญหาพื้นฐานในฟิสิกส์สสารควบแน่น เช่น โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานของเฟสควอนตัมการเปลี่ยนเฟสควอนตัมและการกระตุ้นขององค์ประกอบที่ถูกตรึงจำนวนมากในเฟสควอนตัมในวัสดุเชิงทอพอโลยี การมีเพศสัมพันธ์ระหว่างระดับความเป็นอิสระหลายระดับ เช่น อิเล็กตรอน โฟนัน และสปิน มีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจและควบคุมคุณสมบัติของวัสดุการกระตุ้นด้วยแสงสามารถใช้เพื่อแยกแยะระหว่างปฏิกิริยาต่างๆ และควบคุมสถานะของสสาร และข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกายภาพพื้นฐานของวัสดุ การเปลี่ยนเฟสของโครงสร้าง และสถานะควอนตัมใหม่สามารถรับได้ในปัจจุบัน ความสัมพันธ์ระหว่างพฤติกรรมมหภาคของวัสดุทอพอโลยีที่ขับเคลื่อนโดยสนามแสงกับโครงสร้างอะตอมระดับจุลภาคและคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ได้กลายเป็นเป้าหมายการวิจัย
พฤติกรรมการตอบสนองโฟโตอิเล็กทริกของวัสดุทอพอโลยีมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ระดับจุลภาคสำหรับโลหะกึ่งทอพอโลยี การกระตุ้นพาหะใกล้กับจุดตัดของแถบความถี่มีความไวสูงต่อคุณลักษณะฟังก์ชันคลื่นของระบบการศึกษาปรากฏการณ์ทางแสงแบบไม่เชิงเส้นในโลหะกึ่งทอพอโลยีสามารถช่วยให้เราเข้าใจคุณสมบัติทางกายภาพของสถานะตื่นเต้นของระบบได้ดีขึ้น และคาดว่าผลกระทบเหล่านี้สามารถใช้ในการผลิตอุปกรณ์ออปติคอลและการออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อนำไปประยุกต์ใช้จริงในอนาคตตัวอย่างเช่น ในโลหะกึ่งโลหะ Weyl การดูดซับโฟตอนของแสงโพลาไรซ์แบบวงกลมจะทำให้การหมุนกลับด้าน และเพื่อให้เป็นไปตามการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม การกระตุ้นของอิเล็กตรอนทั้งสองด้านของกรวยไวล์จะมีการกระจายแบบไม่สมมาตรไปตาม ทิศทางของการแพร่กระจายแสงโพลาไรซ์แบบวงกลมซึ่งเรียกว่ากฎการเลือกไครัล (รูปที่ 1)
การศึกษาเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางแสงแบบไม่เชิงเส้นของวัสดุทอพอโลยีมักจะใช้วิธีการรวมการคำนวณคุณสมบัติสถานะพื้นของวัสดุและการวิเคราะห์สมมาตรอย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีข้อบกพร่องบางประการ คือ ขาดข้อมูลไดนามิกแบบเรียลไทม์ของพาหะที่ตื่นเต้นในอวกาศโมเมนตัมและพื้นที่จริง และไม่สามารถสร้างการเปรียบเทียบโดยตรงกับวิธีการตรวจจับเชิงทดลองที่แก้ไขตามเวลาได้ไม่สามารถพิจารณาการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอน-โฟนันและโฟตอน-โฟนอนได้และนี่เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการเปลี่ยนเฟสบางอย่างที่จะเกิดขึ้นนอกจากนี้ การวิเคราะห์เชิงทฤษฎีที่ใช้ทฤษฎีการก่อกวนนี้ไม่สามารถจัดการกับกระบวนการทางกายภาพภายใต้สนามแสงจ้าได้การจำลองพลศาสตร์เชิงฟังก์ชันของความหนาแน่นขึ้นอยู่กับเวลา (TDDFT-MD) ตามหลักการแรกๆ สามารถแก้ปัญหาข้างต้นได้
เมื่อเร็วๆ นี้ ภายใต้การแนะนำของนักวิจัย Meng Sheng นักวิจัยหลังปริญญาเอก Guan Mengxue และนักศึกษาปริญญาเอก Wang En จาก SF10 Group ของ State Key Laboratory of Surface Physics ของสถาบันฟิสิกส์ของ Chinese Academy of Sciences/Beijing National Research Center for Concentrated Matter ฟิสิกส์ ร่วมมือกับศาสตราจารย์ซุน เจียเทา จากสถาบันเทคโนโลยีปักกิ่ง พวกเขาใช้ซอฟต์แวร์ TDAP จำลองสภาวะไดนามิกส์ที่พัฒนาขึ้นเองมีการตรวจสอบลักษณะการตอบสนองของการกระตุ้นควอสทิปพาร์ติเคิลต่อเลเซอร์ที่เร็วมากใน WTe2 กึ่งโลหะ Weyl ชนิดที่สอง
แสดงให้เห็นว่าการกระตุ้นแบบเลือกสรรของพาหะใกล้กับจุดไวล์นั้นถูกกำหนดโดยสมมาตรของวงโคจรของอะตอมและกฎการเลือกการเปลี่ยน ซึ่งแตกต่างจากกฎการเลือกสปินปกติสำหรับการกระตุ้นแบบไครัล และเส้นทางการกระตุ้นสามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยนทิศทางโพลาไรซ์ ของแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นและพลังงานโฟตอน (รูปที่ 2)
การกระตุ้นแบบอสมมาตรของพาหะจะทำให้เกิดโฟโตกระแสในทิศทางที่แตกต่างกันในอวกาศจริง ซึ่งส่งผลต่อทิศทางและความสมมาตรของการสลิประหว่างชั้นของระบบเนื่องจากคุณสมบัติทอพอโลยีของ WTe2 เช่นจำนวนจุด Weyl และระดับการแยกในพื้นที่โมเมนตัม นั้นขึ้นอยู่กับความสมมาตรของระบบอย่างมาก (รูปที่ 3) การกระตุ้นแบบไม่สมมาตรของพาหะจะนำมาซึ่งพฤติกรรมที่แตกต่างกันของ Weyl อนุภาคควอสติปในปริภูมิโมเมนตัมและการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกันในคุณสมบัติทอพอโลยีของระบบดังนั้น การศึกษานี้จึงได้แสดงแผนภาพเฟสที่ชัดเจนสำหรับการเปลี่ยนเฟสของโฟโตโพโลยี (รูปที่ 4)
ผลการวิจัยพบว่าควรให้ความสนใจกับการกระตุ้นของพาหะใกล้กับจุดไวล์ และควรวิเคราะห์คุณสมบัติการโคจรของอะตอมของฟังก์ชันคลื่นผลกระทบของทั้งสองมีความคล้ายคลึงกัน แต่กลไกมีความแตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีในการอธิบายเอกภาวะของจุดไวล์นอกจากนี้ วิธีการคำนวณที่นำมาใช้ในการศึกษานี้สามารถเข้าใจอย่างลึกซึ้งถึงปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนและพฤติกรรมไดนามิกในระดับอะตอมและอิเล็กทรอนิกส์ในช่วงเวลาที่รวดเร็วเป็นพิเศษ เผยกลไกทางจุลฟิสิกส์ของพวกมัน และคาดว่าจะเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังสำหรับการวิจัยในอนาคตเกี่ยวกับ ปรากฏการณ์ทางแสงแบบไม่เชิงเส้นในวัสดุทอพอโลยี
ผลลัพธ์อยู่ในวารสาร Nature Communicationsงานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากแผนการวิจัยและพัฒนาที่สำคัญแห่งชาติ มูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติ และโครงการนำร่องเชิงกลยุทธ์ (หมวด B) ของสถาบันวิทยาศาสตร์จีน
รูปที่ 1.ก.กฎการเลือก chirality สำหรับ Weyl ชี้ด้วยเครื่องหมาย chirality เชิงบวก (χ = +1) ภายใต้แสงโพลาไรซ์แบบวงกลมการกระตุ้นแบบเลือกเนื่องจากสมมาตรของการโคจรของอะตอมที่จุดไวล์ของ bχ=+1 ในแสงโพลาไรซ์ออนไลน์
รูปที่.2. แผนภาพโครงสร้างอะตอมของ a, Td-WTe2;ข.โครงสร้างวงดนตรีใกล้กับพื้นผิว Fermi( c ) โครงสร้างวงดนตรีและการมีส่วนร่วมสัมพัทธ์ของวงโคจรอะตอมที่กระจายไปตามเส้นสมมาตรสูงในภูมิภาค Brillouin ลูกศร (1) และ (2) แสดงถึงการกระตุ้นใกล้หรือไกลจากจุด Weyl ตามลำดับง.การขยายโครงสร้างวงดนตรีตามทิศทาง Gamma-X
รูปที่ 3.ab: การเคลื่อนที่แบบอินเทอร์เลเยอร์สัมพัทธ์ของทิศทางโพลาไรซ์แสงโพลาไรซ์เชิงเส้นตามแนวแกน A และแกน B ของคริสตัล และแสดงโหมดการเคลื่อนที่ที่สอดคล้องกันC. การเปรียบเทียบระหว่างการจำลองทางทฤษฎีกับการสังเกตการทดลองde: วิวัฒนาการสมมาตรของระบบและตำแหน่ง จำนวนและระดับการแยกของจุดไวล์ที่ใกล้ที่สุดสองจุดในระนาบ kz=0
รูปที่.4. การเปลี่ยนเฟสโฟโตโพโลยีใน Td-WTe2 สำหรับพลังงานโฟตอนแสงโพลาไรซ์เชิงเส้น (?) ω) และทิศทางโพลาไรเซชัน (θ) แผนภาพเฟสขึ้นอยู่กับ
เวลาโพสต์: Sep-25-2023