Mae cynnydd wedi'i wneud yn yr astudiaeth o symudiad uwchgyflym cwasi-ronynnau Weil a reolir ganlaserau
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae ymchwil ddamcaniaethol ac arbrofol ar gyflyrau 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 cyddwys. Mae dealltwriaeth ddofn o dopoleg yn gysylltiedig â'r problemau sylfaenol mewn ffiseg mater cyddwys, megis strwythur electronig sylfaenolcyfnodau cwantwm, trawsnewidiadau cyfnod cwantwm a chyffroi llawer o elfennau sefydlog mewn cyfnodau cwantwm. Mewn deunyddiau topolegol, mae'r cyplu rhwng llawer o raddau o ryddid, fel electronau, ffononau a sbin, yn chwarae rhan bendant wrth ddeall a rheoleiddio priodweddau deunyddiau. Gellir defnyddio cyffroi golau 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 wedi'i yrru gan faes golau a'u strwythur atomig microsgopig a'u priodweddau electronig wedi dod yn nod ymchwil.
Mae ymddygiad ymateb ffotodrydanol deunyddiau topolegol yn gysylltiedig yn agos â'i strwythur electronig microsgopig. Ar gyfer lled-fetelau topolegol, mae'r cyffroad cludwr ger croestoriad y band yn sensitif iawn i nodweddion ffwythiant tonnau'r system. Gall astudio ffenomenau optegol anlinellol mewn lled-fetelau topolegol ein helpu i ddeall priodweddau ffisegol cyflyrau cyffrous y system yn well, a disgwylir y gellir defnyddio'r effeithiau hyn wrth gynhyrchudyfeisiau optegola dylunio celloedd solar, gan ddarparu cymwysiadau ymarferol posibl yn y dyfodol. Er enghraifft, mewn lled-fetel Weyl, bydd amsugno ffoton o olau wedi'i bolareiddio'n gylchol yn achosi i'r sbin fflipio, ac er mwyn bodloni cadwraeth momentwm onglog, bydd y cyffroad electronau ar ddwy ochr côn Weyl wedi'i ddosbarthu'n anghymesur ar hyd cyfeiriad lledaeniad y golau wedi'i bolareiddio'n gylchol, a elwir yn rheol dethol cirol (Ffigur 1).
Mae astudiaeth ddamcaniaethol ffenomenau optegol anlinellol deunyddiau topolegol fel arfer yn mabwysiadu'r dull o gyfuno cyfrifo priodweddau cyflwr daear deunydd a dadansoddiad cymesuredd. Fodd bynnag, mae gan y dull hwn rai diffygion: mae'n brin o wybodaeth ddeinamig amser real am gludwyr cyffrous mewn gofod momentwm a gofod real, ac ni all sefydlu cymhariaeth uniongyrchol â'r dull canfod arbrofol amser-datrysedig. Ni ellir ystyried y cyplu rhwng electron-ffononau a ffoton-ffononau. Ac mae hyn yn hanfodol er mwyn i rai trawsnewidiadau cyfnod ddigwydd. Yn ogystal, ni all y dadansoddiad damcaniaethol hwn yn seiliedig ar theori aflonyddwch ddelio â'r prosesau ffisegol o dan y maes golau cryf. Gall yr efelychiad deinameg foleciwlaidd swyddogaethol dwysedd sy'n ddibynnol ar amser (TDDFT-MD) yn seiliedig ar egwyddorion cyntaf ddatrys y problemau uchod.
Yn ddiweddar, dan arweiniad yr ymchwilydd Meng Sheng, yr ymchwilydd ôl-ddoethurol Guan Mengxue a'r myfyriwr doethuriaeth Wang En o Grŵp SF10 Labordy Allweddol y Wladwriaeth ar gyfer Ffiseg Arwyneb Sefydliad Ffiseg Academi Gwyddorau Tsieina/Canolfan Ymchwil Genedlaethol Beijing ar gyfer Ffiseg Mater Crynodedig, mewn cydweithrediad â'r Athro Sun Jiatao o Sefydliad Technoleg Beijing, fe wnaethant ddefnyddio'r feddalwedd efelychu deinameg cyflwr cyffrous TDAP a ddatblygwyd ganddynt eu hunain. Ymchwilir i nodweddion ymateb cyffroi cwastironynnau i laser uwchgyflym yn yr ail fath o led-fetel Weyl WTe2.
Dangoswyd bod cyffroi dethol cludwyr ger y pwynt Weyl yn cael ei bennu gan gymesuredd orbitol atomig a rheol dethol trawsnewid, sy'n wahanol i'r rheol dethol sbin arferol ar gyfer cyffroi cirol, a gellir rheoli ei lwybr cyffroi trwy newid cyfeiriad polareiddio golau wedi'i bolareiddio'n llinol ac ynni ffoton (FFIG. 2).
Mae cyffro anghymesur cludwyr yn achosi ffotogeryntau i wahanol gyfeiriadau mewn gofod real, sy'n effeithio ar gyfeiriad a chymesuredd llithro rhynghaen y system. Gan fod priodweddau topolegol WTe2, megis nifer y pwyntiau Weyl a graddfa'r gwahanu yn y gofod momentwm, yn ddibynnol iawn ar gymesuredd y system (Ffigur 3), bydd cyffro anghymesur cludwyr yn arwain at ymddygiad gwahanol cwastipliclau Weyl yn y gofod momentwm a newidiadau cyfatebol ym mhriodweddau topolegol y system. Felly, mae'r astudiaeth yn darparu diagram cyfnod clir ar gyfer trawsnewidiadau cyfnod ffototopolegol (Ffigur 4).
Mae'r canlyniadau'n dangos y dylid rhoi sylw i gyraledd cyffroi cludwr ger pwynt Weyl, a dylid dadansoddi priodweddau orbitol atomig y ffwythiant tonnau. Mae effeithiau'r ddau yn debyg ond mae'r mecanwaith yn amlwg yn wahanol, sy'n darparu sail ddamcaniaethol ar gyfer egluro unigolrwydd pwyntiau Weyl. Yn ogystal, gall y dull cyfrifiadurol 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 gyflym iawn, datgelu eu mecanweithiau microffisegol, a disgwylir iddo fod yn offeryn pwerus ar gyfer ymchwil yn y dyfodol ar ffenomenau optegol anlinellol 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 Gwyddorau Naturiol Cenedlaethol a'r Prosiect Peilot Strategol (Categori B) o Academi Gwyddorau Tsieina.
FFIG.1.a. Y rheol dethol ciraledd ar gyfer pwyntiau Weyl gydag arwydd ciraledd positif (χ=+1) o dan olau wedi'i bolareiddio'n gylchol; Cyffro dethol oherwydd cymesuredd orbitol atomig ym mhwynt Weyl b. χ=+1 mewn golau wedi'i bolareiddio ar-lein
FFIG. 2. Diagram strwythur atomig o a, Td-WTe2; b. Strwythur band ger wyneb Fermi; (c) Strwythur band a chyfraniadau cymharol orbitalau atomig wedi'u dosbarthu ar hyd llinellau cymesur uchel yn rhanbarth Brillouin, mae saethau (1) a (2) yn cynrychioli cyffroi ger neu ymhell o bwyntiau Weyl, yn y drefn honno; d. Mwyhadur strwythur band ar hyd cyfeiriad Gamma-X
FFIG.3.ab: Dangosir y symudiad rhynghaen cymharol o gyfeiriad polareiddio golau wedi'i bolareiddio'n llinol ar hyd echelin-A ac echelin-B y grisial, a'r modd symud cyfatebol; C. Cymhariaeth rhwng efelychiad damcaniaethol ac arsylwi arbrofol; de: Esblygiad cymesuredd y system a safle, nifer a graddfa gwahanu'r ddau bwynt Weyl agosaf yn y plân kz=0
FFIG. 4. Trawsnewidiad cyfnod ffototopolegol yn Td-WTe2 ar gyfer egni ffoton golau wedi'i bolareiddio'n llinol (?) ω) a diagram cyfnod sy'n ddibynnol ar gyfeiriad polareiddio (θ)
Amser postio: Medi-25-2023