Lazerler tarapyndan dolandyrylýan Weil dörtburçluklarynyň ultrafast hereketini öwrenmekde öňegidişlik gazanyldy

Dolandyrylýan Weil dörtburçluklarynyň ultrafast hereketini öwrenmekde öňegidişlik gazanyldylazerler

Soňky ýyllarda topologiki kwant ýagdaýlary we topologiki kwant materiallary baradaky nazary we tejribe gözlegleri, kondensirlenen materiýa fizikasy meselesinde gyzgalaňly mowzuga öwrüldi. Maddanyň klassifikasiýasynyň täze düşünjesi hökmünde, simmetriýa ýaly topologiki tertip, kondensirlenen materiýa fizikasynda esasy düşünje. Topologiýa çuňňur düşünmek, esasy elektron gurluşy ýaly kondensirlenen materiýa fizikasyndaky esasy meseleler bilen baglanyşyklykwant fazalary, kwant fazasyndaky geçişler we kwant fazalarynda köp hereketsiz elementleriň tolgunmagy. Topologiki materiallarda elektron, telefon we aýlaw ýaly köp erkinlik derejeleriniň arasyndaky baglanyşyk, maddy aýratynlyklara düşünmekde we kadalaşdyrmakda aýgytly rol oýnaýar. Lightagty tolgundyryş, dürli täsirleri tapawutlandyrmak we materiýanyň ýagdaýyny dolandyrmak üçin ulanylyp bilner, soňra materialyň esasy fiziki aýratynlyklary, gurluş fazasynyň geçişleri we täze kwant ýagdaýlary barada maglumat alynyp bilner. Häzirki wagtda ýagtylyk meýdany bilen dolandyrylýan topologiki materiallaryň makroskopiki özüni alyp barşy bilen olaryň mikroskopik atom gurluşy bilen elektron häsiýetleriniň arasyndaky baglanyşyk gözleg maksadyna öwrüldi.

Topologiki materiallaryň fotoelektrik jogap häsiýeti onuň mikroskopiki elektron gurluşy bilen ýakyndan baglanyşyklydyr. Topologiki ýarym metallar üçin zolagyň kesişýän ýerinde göterijiniň tolgunmagy ulgamyň tolkun funksiýalaryna gaty duýgur. Topologiki ýarym metallarda çyzykly däl optiki hadysalary öwrenmek, ulgamyň tolgundyrylan ýagdaýlarynyň fiziki aýratynlyklaryna has gowy düşünmäge kömek edip biler we bu täsirleriň önümçiliginde ulanylmagyna garaşylýaroptiki enjamlarwe geljekde amaly amaly üpjün edip, gün öýjükleriniň dizaýny. Mysal üçin, Weyl ýarym metalda tegelek polýarizirlenen ýagtylygyň fotonyny siňdirmek, aýlawyň süýşmegine sebäp bolar we burç tizliginiň saklanmagyny üpjün etmek üçin, Weýl konusynyň iki gapdalyndaky elektron tolgunmasy, şir saýlamak düzgüni diýlip atlandyrylýan tegelek polýarlaşdyrylan ýagtylygyň ýaýramagy ugrunda asimmetrik paýlanar (1-nji surat).

Topologiki materiallaryň çyzykly optiki hadysalaryny nazaryýet taýdan öwrenmek, adatça ýerüsti döwlet häsiýetlerini hasaplamagy we simmetriýa derňewini birleşdirmegiň usulyny kabul edýär. Şeýle-de bolsa, bu usulyň käbir kemçilikleri bar: tizlikde we hakyky giňişlikde tolgundyryjy göterijileriň hakyky wagtda dinamiki maglumatlary ýetmezçilik edýär we wagt çözülen synag synag usuly bilen göni deňeşdirip bilmeýär. Elektron-fonlar bilen foton-fonlaryň arasyndaky baglanyşygy göz öňünde tutup bolmaz. Käbir faza geçişleriniň bolmagy üçin bu örän möhümdir. Mundan başga-da, perturbasiýa teoriýasyna esaslanýan bu teoretiki derňew güýçli ýagtylyk meýdanyndaky fiziki prosesler bilen iş salyşyp bilmez. Wagtyň garaşlylygy dykyzlygy funksional molekulýar dinamikasy (TDDFT-MD) ilkinji ýörelgelere esaslanýan simulýasiýa ýokardaky meseleleri çözüp biler.

Recentlyakynda gözlegçi Meng Şengiň ýolbaşçylygynda postdoktor gözlegçisi Guan Mengxue we Hytaý Ylymlar akademiýasynyň / Pekin milli gözleg merkeziniň fizika institutynyň ýerüsti fizikasynyň döwlet açar laboratoriýasynyň SF10 toparynyň doktorlyk okuwçysy Wan En, Pekin tehnologiýa institutynyň professory Sun Jiatao bilen bilelikde özlerini ösdürip ýetişdirdiler. Weyl ýarym metal WTe2-iň ikinji görnüşindäki ultrafast lazere dörtburçly tolgunmanyň jogap aýratynlyklary öwrenilýär.

Weyl nokadynyň golaýynda göterijileriň saýlama tolgunmasy atom orbital simmetriýasy we şir tolgunmasy üçin adaty aýlaw seçim düzgüninden tapawutlanýan atom seçim düzgüni bilen kesgitlenýändigi we onuň tolgundyryş ýoluny çyzykly polýarlaşdyrylan ýagtylygyň we foton energiýasynyň polýarizasiýa ugruny üýtgetmek arkaly dolandyryp boljakdygy görkezildi (FIG. 2).

Daşaýjylaryň asimmetrik tolgunmasy, ulgamyň aralyk süýşmesiniň ugruna we simmetriýasyna täsir edýän hakyky giňişlikde dürli ugurlarda fotokurrentleri döredýär. WTe2-iň topologiki aýratynlyklary, Weyl nokatlarynyň sany we hereket meýdanyndaky aýralyk derejesi ulgamyň simmetriýasyna gaty bagly bolany üçin (3-nji surat), göterijileriň asimmetrik tolgunmasy tizlik giňişliginde Weyl dört bölekleriniň dürli hereketlerini we ulgamyň topologiki häsiýetlerinde degişli üýtgeşmeleri döreder. Şeýlelik bilen, gözleg fototopologiki fazanyň geçişleri üçin anyk faza diagrammasyny üpjün edýär (4-nji surat).

Netijeler, Weyl nokadynyň golaýynda daşaýjy tolgunmanyň şiralyna üns berilmelidigini we tolkun funksiýasynyň atom orbital häsiýetleriniň derňelmelidigini görkezýär. Ikisiniň täsiri meňzeş, ýöne Weyl nokatlarynyň ýeke-täkligini düşündirmek üçin teoretiki esas berýän mehanizm aç-açan tapawutlanýar. Mundan başga-da, bu gözlegde kabul edilen hasaplama usuly, gaty çalt wagt aralygynda atom we elektron derejesinde çylşyrymly täsirlere we dinamiki hereketlere çuňňur düşünip biler, mikrofiziki mehanizmlerini açyp biler we topologiki materiallarda çyzykly optiki hadysalar boýunça geljekde gözleg üçin güýçli gural bolar diýlip garaşylýar.

Netijeler “Tebigat aragatnaşyklary” inurnalynda. Gözleg işleri, Milli esasy gözleg we ösüş meýilnamasy, Milli tebigy ylym gaznasy we Hytaý Ylymlar akademiýasynyň Strategiki synag taslamasy (B kategoriýa) tarapyndan goldanýar.

FIG.1.a. Tegelek polýarizirlenen ýagtylygyň aşagynda polo positiveitel şirlik belgisi (χ = + 1) bolan Weyl nokatlary üçin hiral saýlamak düzgüni; B-iň Weyl nokadyndaky atom orbital simmetriýasy sebäpli saýlama tolgunma. On-line polýarizirlenen ýagtylykda χ = + 1

FIG. 2. A, Td-WTe2 atom gurluşy diagrammasy; b. Ferminiň üstündäki zolak gurluşy; (c) Toplumyň gurluşy we Brillouin sebitinde ýokary simmetrik çyzyklar boýunça paýlanan atom orbitalarynyň degişlilikde goşantlary, oklar (1) we (2) degişlilikde Weyl nokatlarynyň golaýynda ýa-da uzakda tolgunmany görkezýär; d. Gamma-X ugry boýunça zolak gurluşyny güýçlendirmek

FIG.3. C. Nazary simulýasiýa bilen eksperimental syn etmegiň arasyndaky deňeşdirme; de: Ulgamyň simmetriýa ewolýusiýasy we kz = 0 tekizliginde iň ýakyn iki Weyl nokadynyň ýerleşişi, sany we bölüniş derejesi

FIG. 4. Çyzykly polýarlaşdyrylan ýagty foton energiýasy (?) Ω) we polýarizasiýa ugry (θ) bagly faza diagrammasy üçin Td-WTe2-de fotopopologiki fazanyň geçişi.