Kemajuan telah dicapai dalam studi gerak ultracepat partikel kuasi Weil yang dikendalikan olehlaser
Dalam beberapa tahun terakhir, penelitian teoretis dan eksperimental tentang keadaan kuantum topologi dan material kuantum topologi telah menjadi topik hangat di bidang fisika benda terkondensasi. Sebagai konsep baru klasifikasi materi, tatanan topologi, seperti simetri, merupakan konsep dasar dalam fisika materi terkondensasi. Pemahaman mendalam tentang topologi berkaitan dengan permasalahan dasar fisika benda terkondensasi, seperti struktur elektronik dasarfase kuantum, transisi fase kuantum dan eksitasi banyak elemen yang tidak bergerak dalam fase kuantum. Dalam material topologi, penggabungan antara berbagai derajat kebebasan, seperti elektron, fonon, dan spin, memainkan peran yang menentukan dalam memahami dan mengatur sifat material. Eksitasi cahaya dapat digunakan untuk membedakan berbagai interaksi dan memanipulasi keadaan materi, dan kemudian informasi tentang sifat fisik dasar material, transisi fase struktural, dan keadaan kuantum baru dapat diperoleh. Saat ini, hubungan antara perilaku makroskopis material topologi yang didorong oleh medan cahaya dan struktur atom mikroskopis serta sifat elektroniknya telah menjadi tujuan penelitian.
Perilaku respons fotolistrik bahan topologi berkaitan erat dengan struktur elektronik mikroskopisnya. Untuk semi-logam topologi, eksitasi pembawa di dekat perpotongan pita sangat sensitif terhadap karakteristik fungsi gelombang sistem. Studi tentang fenomena optik nonlinier pada semi-logam topologi dapat membantu kita untuk lebih memahami sifat fisik keadaan tereksitasi sistem, dan diharapkan efek ini dapat digunakan dalam pembuatanperangkat optikdan desain sel surya, memberikan potensi penerapan praktis di masa depan. Misalnya, dalam semi-logam Weyl, menyerap foton cahaya terpolarisasi sirkular akan menyebabkan putaran terbalik, dan untuk memenuhi kekekalan momentum sudut, eksitasi elektron di kedua sisi kerucut Weyl akan terdistribusi secara asimetris sepanjang arah rambat cahaya terpolarisasi sirkular, yang disebut aturan seleksi kiral (Gambar 1).
Kajian teoritis fenomena optik nonlinier material topologi biasanya mengadopsi metode penggabungan perhitungan sifat keadaan dasar material dan analisis simetri. Namun, metode ini memiliki beberapa kekurangan: metode ini tidak memiliki informasi dinamis real-time dari pembawa tereksitasi dalam ruang momentum dan ruang nyata, dan tidak dapat membuat perbandingan langsung dengan metode deteksi eksperimental yang diselesaikan dengan waktu. Kopling antara elektron-fonon dan foton-fonon tidak dapat dipertimbangkan. Dan ini penting agar transisi fase tertentu dapat terjadi. Selain itu, analisis teoritis berdasarkan teori perturbasi tidak dapat menangani proses fisik di bawah medan cahaya yang kuat. Simulasi dinamika molekuler fungsional kepadatan bergantung waktu (TDDFT-MD) berdasarkan prinsip pertama dapat menyelesaikan masalah di atas.
Baru-baru ini, di bawah bimbingan peneliti Meng Sheng, peneliti pascadoktoral Guan Mengxue dan mahasiswa doktoral Wang En dari Kelompok SF10 dari Laboratorium Kunci Negara Fisika Permukaan Institut Fisika Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok/Pusat Penelitian Nasional Beijing untuk Materi Terkonsentrasi Fisika, bekerja sama dengan Profesor Sun Jiatao dari Institut Teknologi Beijing, mereka menggunakan perangkat lunak simulasi dinamika keadaan tereksitasi TDAP yang dikembangkan sendiri. Karakteristik respon eksitasi quastipartikel terhadap laser ultracepat pada jenis kedua Weyl semi-metal WTe2 diselidiki.
Telah ditunjukkan bahwa eksitasi selektif pembawa di dekat titik Weyl ditentukan oleh simetri orbital atom dan aturan pemilihan transisi, yang berbeda dari aturan pemilihan putaran biasa untuk eksitasi kiral, dan jalur eksitasinya dapat dikontrol dengan mengubah arah polarisasi. cahaya terpolarisasi linier dan energi foton (Gbr. 2).
Eksitasi asimetris pembawa menginduksi arus foto dalam arah yang berbeda di ruang nyata, yang mempengaruhi arah dan simetri slip antar lapisan sistem. Karena sifat topologi WTe2, seperti jumlah titik Weyl dan derajat pemisahan dalam ruang momentum, sangat bergantung pada simetri sistem (Gambar 3), eksitasi asimetris pembawa akan menghasilkan perilaku Weyl yang berbeda. quastipartikel dalam ruang momentum dan perubahan yang sesuai dalam sifat topologi sistem. Dengan demikian, penelitian ini memberikan diagram fase yang jelas untuk transisi fase fototopologi (Gambar 4).
Hasilnya menunjukkan bahwa kiralitas eksitasi pembawa di dekat titik Weyl harus diperhatikan, dan sifat orbital atom dari fungsi gelombang harus dianalisis. Efek keduanya serupa tetapi mekanismenya jelas berbeda, yang memberikan landasan teori untuk menjelaskan singularitas titik Weyl. Selain itu, metode komputasi yang diadopsi dalam penelitian ini dapat memahami secara mendalam interaksi kompleks dan perilaku dinamis pada tingkat atom dan elektronik dalam skala waktu super cepat, mengungkap mekanisme mikrofisikanya, dan diharapkan menjadi alat yang ampuh untuk penelitian di masa depan. fenomena optik nonlinier dalam bahan topologi.
Hasilnya dimuat dalam jurnal Nature Communications. Pekerjaan penelitian ini didukung oleh National Key Research and Development Plan, National Natural Science Foundation dan Strategic Pilot Project (Kategori B) dari Chinese Academy of Sciences.
Gambar.1.a. Aturan pemilihan kiralitas untuk titik Weyl dengan tanda kiralitas positif (χ=+1) di bawah cahaya terpolarisasi sirkular; Eksitasi selektif karena simetri orbital atom pada titik Weyl b. χ=+1 dalam cahaya terpolarisasi online
ARA. 2. Diagram struktur atom a, Td-WTe2; B. Struktur pita di dekat permukaan Fermi; (c) Struktur pita dan kontribusi relatif orbital atom yang didistribusikan sepanjang garis simetris tinggi di wilayah Brillouin, panah (1) dan (2) masing-masing mewakili eksitasi dekat atau jauh dari titik Weyl; D. Amplifikasi struktur pita sepanjang arah Gamma-X
Gambar 3.ab: Pergerakan antar lapisan relatif dari arah polarisasi cahaya terpolarisasi linier sepanjang sumbu A dan sumbu B kristal, dan mode pergerakan yang sesuai diilustrasikan; C. Perbandingan antara simulasi teoritis dan observasi eksperimental; de: Evolusi simetri sistem dan posisi, jumlah dan derajat pemisahan dua titik Weyl terdekat pada bidang kz=0
ARA. 4. Transisi fasa fototopologi pada Td-WTe2 untuk diagram fasa bergantung energi foton cahaya terpolarisasi linier (?) ω) dan arah polarisasi (θ)
Waktu posting: 25 Sep-2023