Di lêkolîna tevgera ultralez a kuazîperçikên Weil ên ku ji hêla wan ve têne kontrol kirin de pêşketin çêbûye.lazer
Di salên dawî de, lêkolînên teorîk û ceribandinî yên li ser rewşên kuantûmê yên topolojîk û materyalên kuantûmê yên topolojîk di warê fîzîka madeya kondenskirî de bûne mijarek germ. Wekî têgehek nû ya dabeşkirina madeya, rêza topolojîk, mîna sîmetrî, têgehek bingehîn di fîzîka madeya kondenskirî de ye. Têgihîştineke kûr a topolojiyê bi pirsgirêkên bingehîn ên di fîzîka madeya kondenskirî de ve girêdayî ye, wekî avahiya elektronîkî ya bingehîn aqonaxên kûantûmê, veguherînên qonaxa kûantûmê û teşwîqkirina gelek hêmanên bêliv di qonaxên kûantûmê de. Di materyalên topolojîk de, hevgirtina di navbera gelek pileyên azadiyê de, wekî elektron, fonon û spin, di têgihîştin û rêkxistina taybetmendiyên materyalê de roleke diyarker dilîze. Têşandina ronahiyê dikare were bikar anîn da ku di navbera têkiliyên cûda de cûda bike û rewşa madeyê manîpule bike, û agahdariya li ser taybetmendiyên fîzîkî yên bingehîn ên materyalê, veguherînên qonaxa avahîsaziyê, û rewşên kûantûmê yên nû dikare were bidestxistin. Niha, têkiliya di navbera tevgera makroskopîk a materyalên topolojîk ên ku ji hêla zeviya ronahiyê ve têne ajotin û avahiya wan a atomî ya mîkroskopîk û taybetmendiyên elektronîkî de bûye armancek lêkolînê.
Reftara bersiva fotoelektrîkî ya materyalên topolojîk bi avahiya wê ya elektronîkî ya mîkroskopîk ve girêdayî ye. Ji bo nîv-metalên topolojîk, teşwîqa hilgir a nêzîkî xaçerêya bendê ji taybetmendiyên fonksiyona pêlan ên pergalê re pir hesas e. Lêkolîna diyardeyên optîkî yên ne-xêzik di nîv-metalên topolojîk de dikare ji me re bibe alîkar ku em taybetmendiyên fîzîkî yên rewşên teşwîqkirî yên pergalê çêtir fam bikin, û tê çaverêkirin ku ev bandor dikarin di çêkirinacîhazên optîkîû sêwirana xaneyên rojê, ku di pêşerojê de sepanên pratîkî yên potansiyel peyda dike. Bo nimûne, di nîv-metalek Weyl de, kişandina fotonek ronahiya bi polarîzekirina dorhêlî dê bibe sedema zivirîna zivirînê, û ji bo ku parastina momentuma goşeyî bicîh bîne, teşwîqkirina elektronan li her du aliyên konê Weyl dê bi awayekî neasimetrîk li ser rêça belavbûna ronahiya bi polarîzekirina dorhêlî were belavkirin, ku jê re qaîdeya hilbijartina kiral tê gotin (Wêne 1).
Lêkolîna teorîk a diyardeyên optîkî yên ne-xêzik ên materyalên topolojîk bi gelemperî rêbaza hevgirtina hesabkirina taybetmendiyên rewşa bingehîn a materyalê û analîza sîmetrîyê dipejirîne. Lêbelê, ev rêbaz hin kêmasiyên wê hene: agahdariya dînamîk a rast-dem a hilgirên ajîtasyonê di qada momentumê û qada rastîn de kêm e, û ew nikare berawirdkirinek rasterast bi rêbaza tespîtkirina ceribandinî ya çareserkirî ya demkî re saz bike. Girêdana di navbera elektron-fonon û foton-fononan de nayê hesibandin. Û ev ji bo ku hin veguherînên qonaxê çêbibin girîng e. Wekî din, ev analîza teorîk a li ser bingeha teoriya perturbasyonê nikare pêvajoyên fîzîkî di bin zeviya ronahiya bihêz de çareser bike. Simulasyona dînamîkên molekulî yên fonksiyonel ên densiteya demkî (TDDFT-MD) li ser bingeha prensîbên yekem dikare pirsgirêkên jorîn çareser bike.
Di demên dawî de, di bin rêberiya lêkolîner Meng Sheng, lêkolînerê postdoktorayê Guan Mengxue û xwendekarê doktorayê Wang En ê Koma SF10 a Laboratuwara Sereke ya Fîzîka Rûyê ya Dewletê ya Enstîtuya Fîzîkê ya Akademiya Zanistên Çînê/Navenda Lêkolînê ya Neteweyî ya Pekînê ji bo Fîzîka Maddeya Konsantre, bi hevkariya Profesor Sun Jiatao ê Enstîtuya Teknolojiyê ya Pekînê, wan nermalava simulasyona dînamîkên rewşa heyecankirî TDAP-a xwe-pêşkeftî bikar anîn. Taybetmendiyên bersiva heyecana kuastîpartikulan ji bo lazera ultrafast di cureya duyemîn a nîv-metalê Weyl WTe2 de têne lêkolîn kirin.
Hatiye nîşandan ku teşwîqkirina bijartî ya hilgirên nêzîkî xala Weyl bi sîmetrîya orbîtal a atomî û qaîdeya hilbijartina veguhêzê ve tê destnîşankirin, ku ji qaîdeya hilbijartina spînê ya asayî ji bo teşwîqkirina kiral cuda ye, û rêya teşwîqkirina wê dikare bi guhertina rêça polarîzasyonê ya ronahiya bi xêzikî polarîzekirî û enerjiya fotonê were kontrol kirin (WÊNE 2).
Hêrsbûna asîmetrîk a hilgiran di fezaya rastîn de fotoherikên di aliyên cuda de çêdike, ku bandorê li rê û simetrîya şemitîna navbera qatan a pergalê dike. Ji ber ku taybetmendiyên topolojîk ên WTe2, wekî hejmara xalên Weyl û pileya veqetandinê di fezaya momentumê de, pir girêdayî simetrîya pergalê ne (Wêne 3), hêrsbûna asîmetrîk a hilgiran dê bibe sedema tevgerên cûda yên kuastîparçeyên Weyl di fezaya momentumê de û guhertinên têkildar di taybetmendiyên topolojîk ên pergalê de. Bi vî rengî, lêkolîn ji bo veguherînên fezaya fototopolojîk diyagramek fazê ya zelal peyda dike (Wêne 4).
Encam nîşan didin ku divê balê li ser kiralîteya teşwîqkirina hilgir a nêzîkî xala Weyl were dayîn, û divê taybetmendiyên orbîtalên atomî yên fonksiyona pêlan werin analîzkirin. Bandorên herduyan dişibin hev lê mekanîzma bi eşkereyî cûda ye, ku bingehek teorîk ji bo ravekirina yekrengiya xalên Weyl peyda dike. Wekî din, rêbaza hesabkirinê ya ku di vê lêkolînê de hatî bikar anîn dikare têkiliyên tevlihev û tevgerên dînamîk ên di astên atomî û elektronîkî de di pîvanek demek pir zû de bi kûrahî fam bike, mekanîzmayên wan ên mîkrofîzîkî eşkere bike, û tê çaverêkirin ku bibe amûrek bihêz ji bo lêkolînên pêşerojê li ser diyardeyên optîkî yên ne-xêzik di materyalên topolojîk de.
Encam di kovara Nature Communications de ne. Xebata lêkolînê ji hêla Plana Neteweyî ya Lêkolîn û Pêşveçûnê ya Sereke, Weqfa Zanistên Xwezayî ya Neteweyî û Projeya Pîlot a Stratejîk (Kategoriya B) ya Akademiya Zanistên Çînê ve tê piştgirî kirin.
WÊNE 1.a. Qaîdeya hilbijartina kiralîtiyê ji bo xalên Weyl bi nîşana kiralîtiyê ya erênî (χ=+1) di bin ronahiya bi polarîzasyona dorhêlî de; Tehrîkkirina bijartî ji ber simetriya orbitalê ya atomî li xala Weyl a b. χ=+1 di ronahiya polarîzasyona serhêl de
WÊNE 2. Diyagrama avahiya atomî ya a, Td-WTe2; b. Avahiya bendê nêzîkî rûyê Fermi; (c) Avahiya bendê û beşdariyên nisbî yên orbitalên atomî yên li ser xetên simetrîk ên bilind di herêma Brillouin de belav bûne, tîrên (1) û (2) bi rêzê ve teşwîqkirina nêzîkî an dûr ji xalên Weyl temsîl dikin; d. Zêdekirina avahiya bendê li ser rêça Gamma-X
FIG.3.ab: Tevgera navbera tebeqeyên nisbî ya rêça polarîzasyona ronahiya bi polarîzasyona xêzikî li ser eksena A û eksena B ya krîstalê, û moda tevgera têkildar tê nîşandan; C. Berawirdkirina di navbera simulasyona teorîk û çavdêriya ceribandinî de; de: Pêşveçûna sîmetrîyê ya pergalê û cîh, hejmar û pileya veqetandina du xalên Weyl ên herî nêzîk di plana kz=0 de.
WÊNE 4. Veguhestina qonaxa fototopolojîk di Td-WTe2 de ji bo diyagrama qonaxa girêdayî enerjiya fotonê ya ronahiya bi polarîzasyona xêzikî (?) ω) û rêça polarîzasyonê (θ)
Dema weşandinê: 25ê Îlonê, 2023