Mae cynnydd wedi'i wneud wrth astudio mudiant gwibgyswllt lledronynnau Weil a reolir gan laserau

Mae cynnydd wedi'i wneud wrth astudio mudiant gwibgyswllt lledronynnau Weil a reolir ganlaserau

Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae'r ymchwil damcaniaethol ac arbrofol ar wladwriaethau cwantwm topolegol a deunyddiau cwantwm topolegol wedi dod yn bwnc llosg ym maes ffiseg mater cyddwys. Fel cysyniad newydd o ddosbarthu mater, mae trefn dopolegol, fel cymesuredd, yn gysyniad sylfaenol mewn ffiseg mater cywasgedig. Mae dealltwriaeth ddofn o dopoleg yn gysylltiedig â'r problemau sylfaenol mewn ffiseg mater cywasgedig, megis strwythur electronig sylfaenolcyfnodau cwantwm, trawsnewidiadau cyfnod cwantwm a chyffro llawer o elfennau ansymudol mewn cyfnodau cwantwm. Mewn deunyddiau topolegol, mae'r cyplu rhwng llawer o raddau o ryddid, megis electronau, ffonnau a sbin, yn chwarae rhan bendant wrth ddeall a rheoleiddio priodweddau deunyddiau. Gellir defnyddio cyffro ysgafn i wahaniaethu rhwng gwahanol ryngweithiadau a thrin cyflwr mater, ac yna gellir cael gwybodaeth am briodweddau ffisegol sylfaenol y deunydd, trawsnewidiadau cyfnod strwythurol, a chyflyrau cwantwm newydd. Ar hyn o bryd, mae'r berthynas rhwng ymddygiad macrosgopig deunyddiau topolegol sy'n cael eu gyrru gan faes golau a'u strwythur atomig microsgopig a'u priodweddau electronig wedi dod yn nod ymchwil.

Mae ymddygiad ymateb ffotodrydanol deunyddiau topolegol yn perthyn yn agos i'w strwythur electronig microsgopig. Ar gyfer lled-fetelau topolegol, mae'r excitation cludwr ger y groesffordd band yn sensitif iawn i nodweddion swyddogaeth tonnau'r system. Gall astudio ffenomenau optegol aflinol mewn lled-fetelau topolegol ein helpu i ddeall yn well briodweddau ffisegol cyflyrau cynhyrfus y system, a disgwylir y gellir defnyddio'r effeithiau hyn wrth weithgynhyrchudyfeisiau optegola dyluniad celloedd solar, gan ddarparu cymwysiadau ymarferol posibl yn y dyfodol. Er enghraifft, mewn lled-fetel Weyl, bydd amsugno ffoton o olau wedi'i polareiddio'n gylchol yn achosi'r troelliad i fflipio, ac er mwyn bodloni cadwraeth momentwm onglog, bydd y cyffro electron ar ddwy ochr y côn Weyl yn cael ei ddosbarthu'n anghymesur ar hyd. cyfeiriad y lluosogiad golau wedi'i polareiddio'n gylchol, a elwir yn rheol dewis cirol (Ffigur 1).

Mae astudiaeth ddamcaniaethol o ffenomenau optegol aflinol o ddeunyddiau topolegol fel arfer yn mabwysiadu'r dull o gyfuno cyfrifo priodweddau cyflwr daear materol a dadansoddiad cymesuredd. Fodd bynnag, mae gan y dull hwn rai diffygion: nid oes ganddo wybodaeth ddeinamig amser real o gludwyr cyffrous mewn gofod momentwm a gofod go iawn, ac ni all sefydlu cymhariaeth uniongyrchol â'r dull canfod arbrofol amser-amser. Ni ellir ystyried y cyplu rhwng electron-phonons a ffoton-ffonau. Ac mae hyn yn hanfodol er mwyn i rai cyfnodau pontio ddigwydd. Yn ogystal, ni all y dadansoddiad damcaniaethol hwn sy'n seiliedig ar ddamcaniaeth aflonyddu ymdrin â'r prosesau ffisegol o dan y maes golau cryf. Gall yr efelychiad deinameg moleciwlaidd swyddogaethol dwysedd amser-ddibynnol (TDDFT-MD) yn seiliedig ar egwyddorion cyntaf ddatrys y problemau uchod.

Yn ddiweddar, o dan arweiniad yr ymchwilydd Meng Sheng, yr ymchwilydd ôl-ddoethurol Guan Mengxue a'r myfyriwr doethuriaeth Wang En o Grŵp SF10 Labordy Allweddol Gwladol Ffiseg Arwyneb Sefydliad Ffiseg Academi Gwyddorau Tsieineaidd / Canolfan Ymchwil Genedlaethol Beijing ar gyfer Mater Crynodol Ffiseg, mewn cydweithrediad â'r Athro Sun Jiatao o Sefydliad Technoleg Beijing, fe ddefnyddion nhw'r meddalwedd efelychu dynameg cyflwr cyffrous hunanddatblygedig TDAP. Ymchwilir i nodweddion ymateb excitation quastiparticle i laser tra chyflym yn yr ail fath o Weyl lled-fetel WTe2.

Dangoswyd bod excitation dethol cludwyr ger y pwynt Weyl yn cael ei bennu gan gymesuredd orbitol atomig a rheol dewis trawsnewid, sy'n wahanol i'r rheol dewis troelliad arferol ar gyfer excitation cirol, a gellir rheoli ei lwybr cyffro trwy newid y cyfeiriad polareiddio. o olau polariaidd llinol ac egni ffoton (FIG. 2).

Mae cyffro anghymesur cludwyr yn cymell ffotoceryntau i wahanol gyfeiriadau yn y gofod real, sy'n effeithio ar gyfeiriad a chymesuredd llithriad interlayer y system. Gan fod priodweddau topolegol WTe2, megis nifer y pwyntiau Weyl a graddau'r gwahaniad yn y gofod momentwm, yn ddibynnol iawn ar gymesuredd y system (Ffigur 3), bydd cyffro anghymesur cludwyr yn achosi ymddygiad gwahanol Weyl. cwastronynnau yn y gofod momentwm a newidiadau cyfatebol yn nodweddion topolegol y system. Felly, mae'r astudiaeth yn darparu diagram cyfnod clir ar gyfer trawsnewidiadau cyfnod ffototopolegol (Ffigur 4).

Dengys y canlyniadau y dylid rhoi sylw i chirality excitation cludwr ger pwynt Weyl, a dylid dadansoddi priodweddau orbitol atomig swyddogaeth tonnau. Mae effeithiau'r ddau yn debyg ond mae'r mecanwaith yn amlwg yn wahanol, sy'n darparu sail ddamcaniaethol ar gyfer egluro hynodrwydd pwyntiau Weyl. Yn ogystal, gall y dull cyfrifiannol a fabwysiadwyd yn yr astudiaeth hon ddeall yn ddwfn y rhyngweithiadau cymhleth a'r ymddygiadau deinamig ar y lefelau atomig ac electronig mewn graddfa amser hynod gyflym, datgelu eu mecanweithiau microffisegol, a disgwylir iddo fod yn arf pwerus ar gyfer ymchwil yn y dyfodol ar ffenomenau optegol aflinol mewn deunyddiau topolegol.

Mae'r canlyniadau yn y cyfnodolyn Nature Communications. Cefnogir y gwaith ymchwil gan y Cynllun Ymchwil a Datblygu Allweddol Cenedlaethol, y Sefydliad Cenedlaethol Gwyddoniaeth Naturiol a Phrosiect Peilot Strategol (Categori B) Academi Gwyddorau Tsieineaidd.

FFIG.1.a. Y rheol dewis cirality ar gyfer pwyntiau Weyl gydag arwydd cirality positif (χ=+1) o dan olau wedi'i begynu'n gylchol; Cyffro detholus oherwydd cymesuredd orbitol atomig ym mhwynt Weyl b. χ=+1 mewn golau polariaidd ar-lein

FFIG. 2. Diagram strwythur atomig o a, Td-WTe2; b. Strwythur band ger wyneb Fermi; (c) Adeiledd bandiau a chyfraniadau cymharol orbitalau atomig wedi'u dosbarthu ar hyd llinellau cymesurol uchel yn rhanbarth Brillouin, mae saethau (1) a (2) yn cynrychioli cyffro ger neu ymhell o bwyntiau Weyl, yn y drefn honno; d. Ymhelaethu ar strwythur bandiau ar hyd y cyfeiriad Gama-X

FIG.3.ab: Mae symudiad interlayer cymharol cyfeiriad polareiddio golau llinol wedi'i polareiddio ar hyd echelin A a B-y grisial, a dangosir y modd symud cyfatebol; C. Cymhariaeth rhwng efelychu damcaniaethol ac arsylwi arbrofol; de: esblygiad cymesuredd y system a lleoliad, nifer a graddau gwahaniad y ddau bwynt Weyl agosaf yn yr awyren kz=0

FFIG. 4. Pontio cyfnod ffototopolegol yn Td-WTe2 ar gyfer egni ffoton golau wedi'i polareiddio'n llinol (?) ω) a chyfeiriad polareiddio (θ) diagram cyfnod dibynnol