Pêşveçûn di lêkolîna tevgera ultralez a çarçikên Weil de ku ji hêla ve têne kontrol kirin de pêk hatlaser
Di salên dawî de, lêkolînên teorîk û ceribandinî yên li ser rewşên quantumî yên topolojîk û materyalên quantumî yên topolojîk di warê fîzîka maddeya kondensî de bûye mijarek germ. Wekî têgehek nû ya dabeşkirina madeyê, rêza topolojîk, mîna simetrî, têgehek bingehîn e di fîzîka maddeya kondens de. Têgihiştinek kûr a topolojiyê bi pirsgirêkên bingehîn ên di fîzîka maddeya kondenskirî re têkildar e, wek mînak avahiya bingehîn ya elektronîkî yaqonaxên kuantûmê, veguheztina qonaxa kuantûmê û heyecana gelek hêmanên bêbandorkirî di qonaxên kuantûmê de. Di materyalên topolojîk de, hevgirtina di navbera gelek dereceyên azadiyê de, wek elektron, fonon û spin, di têgihiştin û birêkûpêkkirina taybetmendiyên materyalê de rolek diyarker dilîze. Heyecana ronahiyê dikare ji bo ferqkirina di navbera danûstendinên cihêreng û manîpulekirina rewşa maddeyê de were bikar anîn, û agahdariya li ser taybetmendiyên bingehîn ên fizîkî yên materyalê, veguheztinên qonaxa avahîsaziyê, û rewşên nû yên kuantûmê dikare were bidestxistin. Heya nuha, têkiliya di navbera tevgera makroskopî ya materyalên topolojîk ên ku ji hêla zeviya ronahiyê ve têne rêve kirin û avahiya mîkroskopî ya atomê û taybetmendiyên elektronîkî de bûye armancek lêkolînê.
Tevgera bersiva fotoelektrîkî ya materyalên topolojîk ji nêz ve bi avahiya wê ya elektronîkî ya mîkroskopî ve girêdayî ye. Ji bo nîv-metalên topolojîk, heyecana hilgirê li nêzê hevberdana bandê ji taybetmendiyên fonksiyona pêlê ya pergalê pir hesas e. Lêkolîna diyardeyên optîkî yên ne xêzkirî yên di nîv-metalên topolojîk de dikare ji me re bibe alîkar ku em taybetmendiyên laşî yên rewşên heyecan ên pergalê baştir fam bikin, û tê çaverê kirin ku ev bandor di çêkirinaalavên optîkû sêwirana hucreyên rojê, di pêşerojê de sepanên pratîkî yên potansiyel peyda dike. Mînakî, di nîv metalek Weyl de, kişandina fotonek ji ronahiya polarîzekirî ya dorhêlî dê bibe sedem ku spin bizivire, û ji bo ku parastina leza goşeyê pêk bîne, heyecana elektronê li her du aliyên kona Weylê dê bi rengek asimetrîk li ser hev belav bibe. arastekirina belavbûna ronahiya polarîzekirî ya dorhêlî, ku jê re qaîdeya hilbijartina çîral tê gotin (Wêne 1).
Lêkolîna teorîkî ya fenomenên optîkî yên nehêl ên materyalên topolojîk bi gelemperî rêbaza berhevkirina hesabkirina taybetmendiyên rewşa bingehîn û analîza simetrîyê qebûl dike. Lêbelê, vê rêbazê hin kêmasiyên xwe hene: ew agahdariya dînamîkî ya rast-ê ya hilgirên heyecan di cîhê gavê û cîhê rastîn de kêm e, û ew nikare berhevokek rasterast bi rêbaza vedîtina ceribandinê-çareserkirî re saz bike. Têkiliya di navbera elektron-fonon û foton-fononan de nayê hesibandin. Û ev ji bo ku hin veguheztinên qonax çêbibin pir girîng e. Wekî din, ev analîza teorîkî ya ku li ser bingeha teoriya tevliheviyê ye, nikare bi pêvajoyên fizîkî yên di bin qada ronahiya bihêz de mijûl bibe. Simulasyona dînamîkên fonksîyonel ên dendikê yên bi demê ve girêdayî (TDDFT-MD) ku li ser bingeha prensîbên yekem têne damezrandin dikare pirsgirêkên jorîn çareser bike.
Di van demên dawî de, di bin rêberiya lêkolîner Meng Sheng, lêkolînerê postdoktorayê Guan Mengxue û xwendekarê doktorayê Wang En ji Koma SF10 ya Laboratûwara Keyeya Dewletê ya Fîzîkê ya Rûyê ya Enstîtuya Fîzîkê ya Akademiya Zanistî ya Chineseînî / Navenda Lêkolînê ya Neteweyî ya Pekînê ya ji bo Maddeya Berhevkirî. Fîzîk, bi hevkariya Profesor Sun Jiatao ya Enstîtuya Teknolojiyê ya Pekînê, wan nermalava simulasyona dînamîkên dewleta heyecan TDAP-ya xwe-pêşxistî bikar anîn. Taybetmendiyên bersivê yên heyecana quastiparticle ji lazera ultralez re di celebê duyemîn a Weyl nîv-metal WTe2 de têne lêkolîn kirin.
Hat destnîşan kirin ku heyecana hilbijartî ya hilgirên li nêzê xala Weyl ji hêla simetrîya orbîtala atomî û qaîdeya hilbijartinê ya veguhêz ve, ku ji qaîdeya bijartina spinê ya asayî ya ji bo heyecana chiral cûda ye, tê destnîşankirin, û riya wê ya heyecanê dikare bi guheztina rêgeza polarîzasyonê were kontrol kirin. ronahiya polarîzekirî û enerjiya fotonê ya bi rêzê (WÊNE. 2).
Heyecana asimetrîk a hilgiran di cîhê rastîn de li rêgezên cihêreng ronahiyên wêneyê çêdike, ku bandorê li rêgez û simetrîya şemitîna navberê ya pergalê dike. Ji ber ku taybetmendiyên topolojîk ên WTe2, wekî hejmara xalên Weyl û asta veqetandinê di cîhê gavê de, pir bi simetrîya pergalê ve girêdayî ne (Wêne 3), heyecana asimetrîk a hilgiran dê tevgerên cûda yên Weyl derxe holê. quastiparticles di qada momentumê de û guherînên têkildar di taybetmendiyên topolojîk ên pergalê de. Bi vî rengî, lêkolîn ji bo veguheztinên qonaxa fototopolojîk diagramek qonaxek zelal peyda dike (Wêne 4).
Encam destnîşan dikin ku divê çîraliya heyecana hilgirê li nêzê xala Weyl were bal kişandin, û taybetmendiyên orbital ên atomî yên fonksiyona pêlê bêne analîz kirin. Bandorên her duyan dişibin hev lê mekanîzma eşkere cûda ye, ku bingehek teorîkî ji bo ravekirina yekjimariya xalên Weyl peyda dike. Digel vê yekê, rêbaza hesabkirinê ya ku di vê lêkolînê de hatî pejirandin dikare bi kûrahî têkilî û tevgerên dînamîkî yên di astên atomî û elektronîkî de di pîvanek demek pir bilez de fam bike, mekanîzmayên mîkrofizîkî yên wan eşkere bike, û tê çaverê kirin ku bibe amûrek bihêz ji bo lêkolîna pêşerojê li ser Di materyalên topolojîk de diyardeyên optîkî yên nehêle.
Encam di kovara Nature Communications de ne. Xebata lêkolînê ji hêla Plana Lêkolîn û Pêşkeftinê ya Key Neteweyî, Weqfa Zanistiya Xwezayî ya Neteweyî û Projeya Pîlota Stratejîk (Kategoriya B) ya Akademiya Zanistî ya Chineseînî ve tê piştgirî kirin.
WÊNE.1.a. Rêzika hilbijartina çiraliyê ya ji bo xalên Weyl ên bi nîşana xiralîteya erênî (χ=+1) di bin ronahiya polarîzekirî ya dorhêl de; Heyecana hilbijartî ji ber sîmetrîya orbîtala atomê li xala Weyl a b. χ=+1 di ronahiya polarîzekirî ya serhêl de
KEMAN. 2. Diyagrama avahiya atomî a, Td-WTe2; b. Struktura bandê li nêzî rûbera Fermî; (c) Struktura bandê û tevkariyên têkildar ên orbîtalên atomê yên ku li ser xetên simetrîk ên bilind li herêma Brillouin hatine belav kirin, tîrên (1) û (2) bi rêzê ve heyecana nêzîk an dûr ji xalên Weyl nîşan didin; d. Zêdekirina avahiya bandê li ser riya Gamma-X
WÊNE.3.ab: Tevgera navbeynkar a rêgeza polarîzasyona ronahiyê ya xêzkirî ya polarîzekirî li ser tebeqeya A û B-tengava krîstalê, û moda tevgerê ya têkildar tê destnîşan kirin; C. Berawirdkirina di navbera simulasyona teorîk û çavdêriya ezmûnî de; de: Çêbûna hevsengiya sîstemê û cih, hejmar û dereceya veqetîna du xalên Weyl ên herî nêzîk di balafira kz=0 de.
KEMAN. 4. Veguheztina qonaxa fototopolojîk a di Td-WTe2 de ji bo enerjiya fotonê ya ronahiya polarîzekirî ya xêzkirî (?) ω) û rêgeza polarîzasyonê (θ) diagrama qonaxa girêdayî
Dema şandinê: Sep-25-2023