Lazerler arkaly dolandyrylýan Weil kwazipartikullarynyň ultra çalt hereketini öwrenmekde öňegidişlik gazanyldy

tarapyndan dolandyrylýan Weil kwazipartikullarynyň ultra çalt hereketini öwrenmekde öňegidişlik gazanyldy.lazerler

Soňky ýyllarda topologiki kwant ýagdaýlary we topologiki kwant materiallary boýunça nazary we eksperimental barlaglar kondensirlenen maddalar fizikasy ulgamynda gyzgyn tema öwrüldi. Maddalaryň klassifikasiýasynyň täze düşünjesi hökmünde topologiki tertip, simmetriýa ýaly, kondensirlenen maddalar fizikasynda esasy düşünjedir. Topologiýany çuňňur düşünmek kondensirlenen maddalar fizikasyndaky esasy meseleler, meselem, elektron gurluşynyň esasy meseleleri bilen baglanyşyklydyr.kwant fazalary, kwant faza geçişleri we kwant fazalaryndaky köp sanly hereketsiz elementleriň gyjyndyrylyşy. Topologik materiallarda elektronlar, fononlar we spin ýaly köp sanly erkinlik derejeleriniň arasyndaky baglanyşyk material häsiýetlerini düşünmekde we düzgünleşdirmekde aýgytly rol oýnaýar. Yşyk gyjyndyrylyşy dürli özara täsirleri tapawutlandyrmak we maddanyň ýagdaýyny manipulýasiýa etmek üçin ulanylyp bilner we şonda materialyň esasy fiziki häsiýetleri, gurluş faza geçişleri we täze kwant ýagdaýlary barada maglumat alnyp bilner. Häzirki wagtda, ýagtylyk meýdany tarapyndan herekete getirilýän topologik materiallaryň makroskopik özüni alyp barşy bilen olaryň mikroskopiki atom gurluşy we elektron häsiýetleri arasyndaky gatnaşyk ylmy-barlag maksadyna öwrüldi.

Topologiki materiallaryň fotoelektrik reaksiýa häsiýeti onuň mikroskopiki elektron gurluşy bilen ýakyn baglanyşyklydyr. Topologiki ýarym metallar üçin, zolak kesişmesiniň golaýyndaky daşaýjynyň gyjyndyrmasy ulgamyň tolkun funksiýasynyň häsiýetlerine örän duýgurdyr. Topologiki ýarym metallardaky çyzykly däl optiki hadysalary öwrenmek ulgamyň gyjyndyrylan ýagdaýlarynyň fiziki häsiýetlerini has gowy düşünmäge kömek edip biler we bu täsirleriň öndürmekde ulanylyp bilinjekdigine garaşylýar.optiki enjamlarwe gün batareýalarynyň dizaýny, geljekde mümkin bolan amaly ulanylyşlary üpjün edýär. Mysal üçin, Weýl ýarym metalynda tegelek polýarlaşdyrylan ýagtylygyň fotony siňdirmek spiniň öwrülmegine sebäp bolar we burç impulsynyň saklanmagyny üpjün etmek üçin Weýl konusynyň iki tarapyndaky elektron oýanmasy tegelek polýarlaşdyrylan ýagtylygyň ýaýramagynyň ugry boýunça assimetrik paýlanar, bu bolsa hiral saýlama düzgüni diýlip atlandyrylýar (1-nji surat).

Topologik materiallaryň çyzykly däl optiki hadysalarynyň nazaryýet taýdan öwrenilmegi, adatça, materialyň esasy ýagdaý häsiýetleriniň hasaplamasyny we simmetriýa seljermesini birleşdirýän usuly ulanýar. Şeýle-de bolsa, bu usulyň käbir kemçilikleri bar: onda impuls giňişliginde we hakyky giňişlikde gyjyndyrylan daşaýjylaryň hakyky wagt dinamiki maglumaty ýok we wagt boýunça çözülen eksperimental anyklaýyş usuly bilen gönüden-göni deňeşdirme ýola goýup bilmeýär. Elektron-fononlar we foton-fononlar arasyndaky baglanyşygy göz öňünde tutup bolmaýar. Bu bolsa käbir faza geçişleriniň bolmagy üçin örän möhümdir. Mundan başga-da, perturbasiýa teoriýasyna esaslanýan bu nazaryýet seljermesi güýçli ýagtylyk meýdanynyň aşagyndaky fiziki prosesleri çözüp bilmeýär. Ilkinji prinsiplere esaslanýan wagta bagly dykyzlykly funksional molekulýar dinamika (TDDFT-MD) simulýasiýasy ýokardaky meseleleri çözüp biler.

Ýakynda, Hytaý Ylymlar Akademiýasynyň Fizika institutynyň / Pekiniň Konsentrlenen Madda Fizikasynyň Milli Ylmy-barlag Merkeziniň Ýüz Fizikasynyň Döwlet Açar Laboratoriýasynyň SF10 Toparynyň ylmy işgäri Men Şengiň, doktoranturadan soňky ylmy işgäri Guan Mengsýueniň we doktorant Wang Eniň ýolbaşçylygynda, Pekin Tehnologiýa institutynyň professory Sun Jiatao bilen hyzmatdaşlykda, olar özleri işläp düzen gyjyndyrylan ýagdaý dinamikasynyň simulýasiýa programma üpjünçiligini TDAP ulandylar. Weyl ýarym metal WTe2-niň ikinji görnüşinde ultra çalt lazere kwastipartikulyň gyjyndyrylmagynyň jogap häsiýetnamalary öwrenilýär.

Weýl nokadynyň golaýyndaky daşaýjylaryň selektiw gyjyndyrylmagynyň atom orbital simmetriýasy we geçiş saýlama düzgüni bilen kesgitlenýändigi, bu bolsa hiral gyjyndyrylmagy üçin adaty spin saýlama düzgüninden tapawutlanýandygy we onuň gyjyndyrma ýoluny çyzykly polýarlaşdyrylan ýagtylygyň we foton energiýasynyň polýarizasiýa ugruny üýtgetmek arkaly dolandyryp bolýandygy görkezildi (2-nji surat).

Daşaýjylaryň assimetrik gyjyndyrylmagy hakyky giňişlikde dürli ugurlarda fototoklary döredýär, bu bolsa ulgamyň gatlakara süýşmeginiň ugruna we simmetriýasyna täsir edýär. WTe2-niň Weýl nokatlarynyň sany we impuls giňişligindäki bölüniş derejesi ýaly topologiki häsiýetleri ulgamyň simmetriýasyna berk bagly bolany üçin (3-nji surat), daşaýjylaryň assimetrik gyjyndyrylmagy Weýl kwastipartikleriniň impuls giňişliginde dürli hereketlerine we ulgamyň topologiki häsiýetlerinde degişli üýtgeşmelere getirer. Şeýlelik bilen, gözleg fototopologiki faza geçişleri üçin aýdyň faza diagrammasyny hödürleýär (4-nji surat).

Netijeler Weýl nokadynyň golaýyndaky daşaýjylaryň gyjyndyrylmagynyň hirallygyna üns berilmelidigini we tolkun funksiýasynyň atom orbital häsiýetleriniň seljerilmelidigini görkezýär. Ikisiniň täsiri meňzeş, ýöne mehanizmi açyk-aýdyň tapawutlydyr, bu bolsa Weýl nokatlarynyň singularlygyny düşündirmek üçin nazaryýet esaslaryny üpjün edýär. Mundan başga-da, bu gözlegde ulanylan hasaplama usuly atom we elektron derejelerindäki çylşyrymly özara täsirleri we dinamiki hereketleri örän çalt wagt ölçeginde çuňňur düşünip, olaryň mikrofiziki mehanizmlerini açyp görkezip biler we topologik materiallarda çyzykly däl optiki hadysalar boýunça geljekki gözlegler üçin güýçli gural bolmagyna garaşylýar.

Netijeler "Nature Communications" žurnalynda çap edilýär. Ylmy-barlag işleri Milli Esasy Ylmy-barlag we Ösüş Meýilnamasy, Milli Tebigy Ylymlar Gaznasy we Hytaý Ylymlar Akademiýasynyň Strategik Pilot Taslamasy (B kategoriýasy) tarapyndan goldanylýar.

SURAT 1.a. Tegelek polýarlaşdyrylan ýagtylygyň aşagynda oňyn kilýallyk alamaty (χ=+1) bolan Weýl nokatlary üçin kilýallygy saýlama düzgüni; b-niň Weýl nokadynda atom orbital simmetriýasy sebäpli saýlama oýanma. Onlaýn polýarlaşdyrylan ýagtylykda χ=+1

SURAT 2. a, Td-WTe2-niň atom gurluşynyň diagrammasy; b. Fermi ýüzüniň golaýyndaky zolak gurluşy; (c) Brillouin sebitinde ýokary simmetriki çyzyklaryň ugrunda paýlanan zolak gurluşy we atom orbitallarynyň deňeşdirilen goşantlary, (1) we (2) oklary degişlilikde Weýl nokatlaryna golaý ýa-da uzakdaky gyjyndyrmany görkezýär; d. Gamma-X ugry boýunça zolak gurluşynyň güýçlendirilmegi

SURAT 3.ab: Kristalyň A we B oklary boýunça çyzykly polýarlaşdyrylan ýagtylygyň polýarizasiýa ugrunyň deňeşdirilen gatlaklar arasyndaky hereketi we degişli hereket režimi görkezilen; C. Nazaryýet simulýasiýasynyň we eksperimental gözegçiligiň deňeşdirilmegi; de: Sistemanyň simmetriýa ewolýusiýasy we kz=0 tekizligindäki iki iň ýakyn Weýl nokadynyň ýerleşişi, sany we aýrylyş derejesi

SURAT 4. Çyzykly polýarlaşdyrylan ýagtylyk foton energiýasy (?) ω) we polýarizasiýa ugry (θ) bagly faza diagrammasy üçin Td-WTe2-de fototopologiki faza geçişi