Foi feito o progresso no estudo de um movimento ultra -rápido de quasipartículas de Weil controladas porlasers
Nos últimos anos, a pesquisa teórica e experimental sobre estados quânticos topológicos e materiais quânticos topológicos tornou -se um tópico quente no campo da física da matéria condensada. Como um novo conceito de classificação da matéria, a ordem topológica, como a simetria, é um conceito fundamental na física da matéria condensada. Uma profunda compreensão da topologia está relacionada aos problemas básicos da física da matéria condensada, como a estrutura eletrônica básica defases quânticas, transições de fase quântica e excitação de muitos elementos imobilizados em fases quânticas. Em materiais topológicos, o acoplamento entre muitos graus de liberdade, como elétrons, fônons e rotação, desempenha um papel decisivo na compreensão e regulação das propriedades do material. A excitação da luz pode ser usada para distinguir entre diferentes interações e manipular o estado da matéria, e informações sobre as propriedades físicas básicas do material, transições de fase estrutural e novos estados quânticos podem ser obtidos. Atualmente, a relação entre o comportamento macroscópico de materiais topológicos acionados pelo campo de luz e sua estrutura atômica microscópica e propriedades eletrônicas tornou -se um objetivo de pesquisa.
O comportamento da resposta fotoelétrica dos materiais topológicos está intimamente relacionada à sua estrutura eletrônica microscópica. Para semi-metais topológicos, a excitação da transportadora perto da interseção da banda é altamente sensível às características da função de onda do sistema. O estudo de fenômenos ópticos não lineares em semi-metais topológicos pode nos ajudar a entender melhor as propriedades físicas dos estados excitados do sistema, e espera-se que esses efeitos possam ser usados na fabricação dedispositivos ópticose o design de células solares, fornecendo possíveis aplicações práticas no futuro. Por exemplo, em um semi-metal Weyl, absorver um fóton de luz polarizada circularmente fará com que a rotação gire e, a fim de atender à conservação do momento angular, a excitação de elétrons em ambos os lados do cone de Weyl será assimetricamente distribuída a seleção regra (a propagação circulares 1, que é chamada, a luz da luz circularmente chamada, que é chamada, que é uma luz regulamentada.
O estudo teórico de fenômenos ópticos não lineares de materiais topológicos geralmente adota o método de combinar o cálculo das propriedades do estado fundamental material e a análise de simetria. No entanto, esse método possui alguns defeitos: falta as informações dinâmicas em tempo real de transportadoras excitadas em espaço de momento e espaço real e não pode estabelecer uma comparação direta com o método de detecção experimental resolvido no tempo. O acoplamento entre os fonons eletrônicos e os fonons de fóton não pode ser considerado. E isso é crucial para que determinadas transições de fase ocorram. Além disso, essa análise teórica baseada na teoria da perturbação não pode lidar com os processos físicos no forte campo de luz. A simulação de dinâmica molecular funcional dependente do tempo (TDDFT-MD) com base nos primeiros princípios pode resolver os problemas acima.
Recently, under the guidance of researcher Meng Sheng, postdoctoral researcher Guan Mengxue and doctoral student Wang En of the SF10 Group of the State Key Laboratory of Surface Physics of the Institute of Physics of the Chinese Academy of Sciences/Beijing National Research Center for Concentrated Matter Physics, in collaboration with Professor Sun Jiatao of the Beijing Institute of Technology, they used the self-developed excited state dynamics simulation software TDAP. As características de resposta da excitação de quastipartículas ao laser ultra-rápida no segundo tipo de WTE2 semi-metal Weyl são investigadas.
Foi demonstrado que a excitação seletiva de portadores próximos ao ponto de Weyl é determinada pela regra de seleção de simetria e transição orbital atômica, que é diferente da regra de seleção de rotação usual para excitação quiral, e seu caminho de excitação pode ser controlado alterando a direção da polarização da luz polarizada linear e a energia fóton (Fig. 2).
A excitação assimétrica de portadores induz fotocorrentes em diferentes direções no espaço real, o que afeta a direção e a simetria do deslizamento intercalador do sistema. Como as propriedades topológicas do WTE2, como o número de pontos de Weyl e o grau de separação no espaço do momento, são altamente dependentes da simetria do sistema (Figura 3), a excitação assimétrica de transportadores trará diferentes comportamentos de Weyl quastipartículas no espaço de momento e mudanças correspondentes nas propriedades topológicas do sistema. Assim, o estudo fornece um diagrama de fase claro para transições de fase fotopopológicas (Figura 4).
Os resultados mostram que a quiralidade da excitação portadora próxima a Weyl Point deve receber atenção, e as propriedades orbitais atômicas da função das ondas devem ser analisadas. Os efeitos dos dois são semelhantes, mas o mecanismo é obviamente diferente, o que fornece uma base teórica para explicar a singularidade dos pontos Weyl. Além disso, o método computacional adotado neste estudo pode entender profundamente as interações complexas e comportamentos dinâmicos nos níveis atômicos e eletrônicos em uma escala de tempo super rápida, revelar seus mecanismos microfísicos e espera-se que seja uma ferramenta poderosa para pesquisas futuras sobre fenômenos ópticos não lineares em materiais topológicos.
Os resultados estão na revista Nature Communications. O trabalho de pesquisa é apoiado pelo Plano Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento, pela Fundação Nacional de Ciências Naturais e pelo Projeto Piloto Estratégico (Categoria B) da Academia Chinesa de Ciências.
Fig.1.a. A regra de seleção de quiralidade para pontos Weyl com sinal de quiralidade positivo (χ =+1) sob luz polarizada circularmente; Excitação seletiva devido à simetria orbital atômica no ponto de Weyl de b. χ =+1 na luz polarizada on-line
FIGO. 2. Diagrama da estrutura atômica de A, TD-WTE2; b. Estrutura da banda próxima à superfície de Fermi; (c) estrutura da banda e contribuições relativas dos orbitais atômicos distribuídos ao longo de altas linhas simétricas na região de Brillouin, as setas (1) e (2) representam excitação próxima ou longe dos pontos Weyl, respectivamente; d. Amplificação da estrutura da banda ao longo da direção Gamma-X
Fig.3.AB: O movimento relativo intercalador da direção de polarização de luz linearmente polarizada ao longo do eixo A e do eixo B do cristal, e o modo de movimento correspondente é ilustrado; C. comparação entre simulação teórica e observação experimental; DE: Evolução da simetria do sistema e a posição, número e grau de separação dos dois pontos mais próximos do Weyl no Kz = 0 plano
FIGO. 4. Transição da fase fototopológica em TD-WTE2 para energia de fase de fótons de luz de luz linearmente polarizada (?) Ω) e direção de polarização (θ) diagrama de fase dependente
Tempo de postagem: 25-2023 de setembro