U prugressu hè statu fattu in u studiu di u muvimentu ultrarapidu di quasiparticule Weil cuntrullati dalasers
Nta l'ultimi anni, a ricerca teorica è sperimentale nantu à i stati quantichi topologichi è i materiali quantum topologichi hè diventatu un tema caldu in u campu di a fisica di a materia cundensata. Cum'è un novu cuncettu di classificazione di a materia, l'ordine topologicu, cum'è a simetria, hè un cuncettu fundamentale in a fisica di a materia condensata. Una cunniscenza prufonda di a topologia hè ligata à i prublemi basi in a fisica di a materia condensata, cum'è a struttura elettronica basica difasi quantum, transizioni di fase quantistica è eccitazione di parechji elementi immobilizzati in fasi quantum. In i materiali topologichi, l'accoppiamentu trà parechji gradi di libertà, cum'è l'elettroni, i fononi è u spinu, ghjoca un rolu decisivu in a cunniscenza è a regulazione di e proprietà di materiale. L'excitazione di a luce pò esse usata per distingue trà e diverse interazzione è manipulà u statu di a materia, è l'infurmazioni nantu à e proprietà fisiche basiche di u materiale, e transizioni di fasi strutturali, è i novi stati quantum ponu esse uttene. Attualmente, a relazione trà u cumpurtamentu macroscòpicu di i materiali topologichi guidati da u campu di luce è a so struttura atomica microscòpica è e proprietà elettroniche hè diventata un scopu di ricerca.
U cumpurtamentu di risposta fotoelettrica di i materiali topologichi hè strettamente ligatu à a so struttura elettronica microscòpica. Per i semi-metalli topologichi, l'eccitazione di u trasportatore vicinu à l'intersezzione di a banda hè assai sensibile à e caratteristiche di a funzione d'onda di u sistema. U studiu di i fenomeni ottichi non lineari in semi-metalli topologichi pò aiutà à capisce megliu e proprietà fisiche di i stati eccitati di u sistema, è hè previstu chì questi effetti ponu esse usatu in a fabricazione didispusitivi otticiè u disignu di e cellule sulari, chì furnisce applicazioni pratiche potenziali in u futuru. Per esempiu, in un semi-metallu Weyl, assorbendu un fotònu di luce polarizzata circularmente pruvucarà u spin à flip, è per scuntrà a cunservazione di u momentu angulare, l'eccitazione di l'elettroni da i dui lati di u conu Weyl serà distribuitu asimmetricamente. a direzzione di a propagazione di luce polarizzata circularmente, chì hè chjamata regula di selezzione chirale (Figura 1).
U studiu teoricu di i fenomeni ottichi non-lineari di i materiali topologichi di solitu adopta u metudu di cumminà u calculu di e proprietà di u statu di u materiale è l'analisi di simmetria. Tuttavia, stu mètudu hà qualchi difetti: ùn manca l 'infurmazione dinamica vera-tempu di traspurtadore eccitati in u spaziu momentum è u spaziu veru, è ùn pò stabilisce un paraguni direttu cù u metudu tempu-risolvutu scuperta spirimintali. L'accoppiamentu trà l'elettroni-fononi è i fotoni-fononi ùn pò micca esse cunsideratu. È questu hè cruciale per certe transizioni di fasi per esse. Inoltre, questa analisi teorica basata nantu à a teoria di a perturbazione ùn pò micca trattà cù i prucessi fisichi sottu u campu di luce forte. A simulazione di dinamica moleculare funziunale di densità dipendente di u tempu (TDDFT-MD) basatu annantu à i primi principii pò risolve i prublemi sopra.
Ricertamenti, sottu a guida di u ricercatore Meng Sheng, u ricercatore postdoctorale Guan Mengxue è u studiente di dottoratu Wang En di u Gruppu SF10 di u Laboratoriu Chiave Statale di Fisica di Superficie di l'Istitutu di Fisica di l'Academia Cinese di Scienze / Beijing National Research Center for Concentrated Matter Fisica, in cullaburazione cù u prufessore Sun Jiatao di l'Istitutu di Tecnulugia di Pechino, anu utilizatu u software di simulazione di dinamica di stati eccitati auto-sviluppatu TDAP. E caratteristiche di risposta di l'eccitazione di quastiparticle à u laser ultrarapidu in u sicondu tipu di Weyl semi-metal WTe2 sò investigate.
Hè statu dimustratu chì l'eccitazione selettiva di i trasportatori vicinu à u puntu Weyl hè determinata da a simetria orbitale atomica è a regula di selezzione di transizione, chì hè sfarente da a regula di selezzione di spin abituale per l'excitazione chirale, è a so strada di eccitazione pò esse cuntrullata cambiando a direzzione di polarizazione. di luce polarizzata linearmente è energia di fotoni (FIG. 2).
L'excitazione asimmetrica di i trasportatori induce photocurrents in diverse direzzione in u spaziu reale, chì afecta a direzzione è a simmetria di u slip interlayer di u sistema. Siccomu i pruprietà topologichi di WTe2, cum'è u numeru di punti Weyl è u gradu di separazione in u spaziu di momentum, sò assai dipendenti di a simmetria di u sistema (Figura 3), l'excitazione asimmetrica di i trasportatori pruvucarà un cumpurtamentu diversu di Weyl. quastiparticles in u spaziu momentum è cambiamenti currispundenti in i pruprietà topologica di u sistema. Cusì, u studiu furnisce un diagramma di fasi chjaru per e transizioni di fase fototopologica (Figura 4).
I risultati mostranu chì a chiralità di l'excitazione di u trasportatore vicinu à u puntu di Weyl deve esse attentu, è e proprietà orbitali atomiche di a funzione d'onda deve esse analizate. L'effetti di i dui sò simili, ma u mecanismu hè ovviamente sfarente, chì furnisce una basa teorica per spiegà a singularità di i punti Weyl. Inoltre, u metudu computazionale aduttatu in stu studiu pò capisce profondamente l'interazzioni cumplessi è i cumpurtamenti dinamichi à u livellu atomicu è elettronicu in una scala di tempu super-veloce, palesanu i so meccanismi microfisichi, è hè previstu esse un strumentu putente per a ricerca futura nantu fenomeni ottici non lineari in materiali topologichi.
I risultati sò in a rivista Nature Communications. U travagliu di ricerca hè sustinutu da u Pianu Naziunale di Ricerca è Sviluppu Chjave, a Fundazione Naziunale di Scienze Naturali è u Prughjettu Pilotu Strategicu (Categoria B) di l'Academia Cinese di Scienze.
FIG.1.a. A regula di selezzione di chiralità per i punti di Weyl cun signu di chiralità pusitivu (χ=+1) sottu luci polarizata circularmente; Eccitazione selettiva per simmetria orbitale atomica à u puntu di Weyl di b. χ=+1 dans la lumière polarisée en ligne
FIG. 2. Schema di struttura atomica di a, Td-WTe2; b. struttura Band vicinu à a superficia Fermi; (c) Struttura di a banda è e cuntribuzioni relative di l'orbitali atomichi distribuiti longu linee simmetriche elevate in a regione Brillouin, e frecce (1) è (2) rapprisentanu l'excitazione vicinu o luntanu da i punti di Weyl, rispettivamente; d. Amplificazione di a struttura di banda longu a direzzione Gamma-X
FIG.3.ab: U muvimentu relative interlayer di a direzzione di polarizazione di luce polarizzata linearmente longu l'assi A è l'assi B di u cristallu, è u modu di muvimentu currispundenti hè illustratu; C. Paragone trà a simulazione teorica è l'osservazione sperimentale; de: Evoluzione di a simmetria di u sistema è a pusizione, u numeru è u gradu di separazione di i dui punti Weyl più vicini in u pianu kz=0.
FIG. 4. Transizione di fase fototopologica in Td-WTe2 per l'energia di fotoni di luce polarizzata linearmente (?) ω) è a direzione di polarizazione (θ) diagramma di fase dipendente
Tempu di Postu: 25-Sep-2023