პროგრესი მიღწეულია ლაზერების მიერ კონტროლირებადი კვაზიპარატების ულტრაფასტური მოძრაობის შესწავლაში

პროგრესი იქნა მიღწეული Weil კვაზიპარატების ულტრაფასტიკური მოძრაობის შესწავლაშილაზერები

ბოლო წლების განმავლობაში, თეორიული და ექსპერიმენტული გამოკვლევა ტოპოლოგიური კვანტური სახელმწიფოებისა და ტოპოლოგიური კვანტური მასალების შესახებ გახდა ცხელი თემა შედედებული მატერიის ფიზიკის სფეროში. როგორც მატერიის კლასიფიკაციის ახალი კონცეფცია, ტოპოლოგიური წესრიგი, სიმეტრიის მსგავსად, ფუნდამენტური კონცეფციაა შედედებული მატერიის ფიზიკაში. ტოპოლოგიის ღრმა გაგება დაკავშირებულია შედედებული მატერიის ფიზიკაში არსებულ ძირითად პრობლემებთან, მაგალითად, ძირითადი ელექტრონული სტრუქტურაკვანტური ფაზები, კვანტური ფაზის გადასვლები და მრავალი იმობილიზებული ელემენტის აგზნება კვანტურ ფაზებში. ტოპოლოგიურ მასალებში, თავისუფლების მრავალ ხარისხს შორის დაწყვილება, როგორიცაა ელექტრონები, ფონონები და ტრიალი, გადამწყვეტ როლს ასრულებს მატერიალური თვისებების გაგებაში და რეგულირებაში. მსუბუქი აგზნება შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა ურთიერთქმედებისა და მატერიის მდგომარეობის მანიპულირებისთვის, შემდეგ კი ინფორმაციის მიღება მასალის ძირითადი ფიზიკური თვისებების, სტრუქტურული ფაზის გადასვლებისა და ახალი კვანტური მდგომარეობების შესახებ. დღეისათვის, მსუბუქი ველის მიერ გამოწვეული ტოპოლოგიური მასალების მაკროსკოპულ ქცევასა და მათ მიკროსკოპული ატომური სტრუქტურისა და ელექტრონული თვისებების კავშირი კვლევის მიზანს შორის გახდა.

ტოპოლოგიური მასალების ფოტოელექტრული საპასუხო ქცევა მჭიდრო კავშირშია მის მიკროსკოპულ ელექტრონულ სტრუქტურასთან. ტოპოლოგიური ნახევრად მეტალებისთვის, ჯგუფის კვეთა მახლობლად გადამზიდავი აგზნება ძალზე მგრძნობიარეა სისტემის ტალღის ფუნქციის მახასიათებლების მიმართ. არაწრფივი ოპტიკური ფენომენების შესწავლა ტოპოლოგიურ ნახევრად მეტალებში დაგვეხმარება სისტემის აღელვებული მდგომარეობების ფიზიკური თვისებების უკეთ გაგებაში და მოსალოდნელია, რომ ეს ეფექტები შეიძლება გამოყენებულ იქნას წარმოებაშიოპტიკური მოწყობილობებიდა მზის უჯრედების დიზაინი, მომავალში პოტენციური პრაქტიკული პროგრამების მიწოდება. მაგალითად, ვეილის ნახევრად მეტალში, წრიული პოლარიზებული შუქის ფოტონის შთანთქმა გამოიწვევს ტრიალს, ხოლო კუთხური იმპულსის კონსერვაციის დასაკმაყოფილებლად, ვეილის კონუსის ორივე მხრიდან ელექტრონის აგზნება ასიმეტრიულად განაწილდება წრიული პოლარიზებული მსუბუქი პროპაგანდის მიმართულებით, რომელსაც ეწოდება 1).

ტოპოლოგიური მასალების არაწრფივი ოპტიკური ფენომენების თეორიული შესწავლა, როგორც წესი, იღებს მატერიალური სახმელეთო მდგომარეობის თვისებების გაანგარიშების და სიმეტრიის ანალიზის შერწყმის მეთოდს. ამასთან, ამ მეთოდს აქვს გარკვეული დეფექტები: მას არ გააჩნია აღფრთოვანებული გადამზიდავების რეალურ დროში დინამიური ინფორმაცია იმპულსის სივრცეში და რეალურ სივრცეში, და მას არ შეუძლია დაადგინოს პირდაპირი შედარება დროში გადაჭრილი ექსპერიმენტული გამოვლენის მეთოდთან. არ შეიძლება განიხილებოდეს ელექტრონულ-ფონონებსა და ფოტონ-ფონონებს შორის დაწყვილება. და ეს გადამწყვეტია გარკვეული ფაზის გადასვლებისთვის. გარდა ამისა, ეს თეორიული ანალიზი, რომელიც დაფუძნებულია პერურაბაციის თეორიაზე, არ შეუძლია გაუმკლავდეს ძლიერ შუქის სფეროში არსებულ ფიზიკურ პროცესებს. დროზე დამოკიდებული სიმკვრივის ფუნქციური მოლეკულური დინამიკა (TDDFT-MD) სიმულაცია, რომელიც დაფუძნებულია პირველ პრინციპებზე, შეიძლება გადაჭრას ზემოხსენებული პრობლემები.

ახლახან, მკვლევარის, მენგ შენგის ხელმძღვანელობით, დოქტორანტურის მკვლევარმა გუან მენგსუმა და დოქტორანტურმა სტუდენტმა Wang En of SF10 ჯგუფის სახელმწიფო საკვანძო ლაბორატორია ზედაპირული ფიზიკის ინსტიტუტის, ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის/პეკინის ეროვნული კვლევითი ცენტრის კონცენტრირებული ფიზიკის ფიზიკაში, მათ მიერ თვითგამორკვევის ინსტიტუტთან ერთად. პროგრამული უზრუნველყოფის TDAP. გამოიკვლია ულტრაფასტის ლაზერზე კვარტალების აგზნების საპასუხო მახასიათებლები მეორე ტიპის WEYL ნახევრად მეტალის WTE2- ში.

ნაჩვენებია, რომ WEYL წერტილის მახლობლად მატარებლების სელექციური აგზნება განისაზღვრება ატომური ორბიტალური სიმეტრიით და გარდამავალი შერჩევის წესით, რომელიც განსხვავდება ჩირალური აგზნებისათვის ჩვეულებრივი სპინების შერჩევის წესისგან, ხოლო მისი აგზნების ბილიკი შეიძლება კონტროლირდეს ხაზოვანი პოლარიზებული შუქისა და ფოტონის ენერგიის პოლარიზაციის მიმართულების შეცვლით (ნახ. 2).

გადამზიდავების ასიმეტრიული აგზნება იწვევს რეალურ სივრცეში სხვადასხვა მიმართულებით ფოტომასალებს, რაც გავლენას ახდენს სისტემის ინტერლეიერის სრიალის მიმართულებასა და სიმეტრიაზე. იმის გამო, რომ WTE2- ის ტოპოლოგიური თვისებები, როგორიცაა WEYL წერტილების რაოდენობა და იმპულსის სივრცეში განცალკევების ხარისხი, დიდად არის დამოკიდებული სისტემის სიმეტრიაზე (სურათი 3), გადამზიდავების ასიმეტრიული აგზნება მოუტანს Weyl Quastiparticles– ის სხვადასხვა ქცევას იმპულსის სივრცეში და შეესაბამება ცვლილებებს სისტემის ტოპოლოგიურ თვისებებში. ამრიგად, კვლევაში მოცემულია მკაფიო ფაზის დიაგრამა ფოტოტოპოლოგიური ფაზის გადასვლებისთვის (სურათი 4).

შედეგები აჩვენებს, რომ Weyl Point- ის მახლობლად გადამზიდავი აგზნების ქირაობა უნდა მიაქციოს ყურადღება და უნდა გაანალიზდეს ტალღის ფუნქციის ატომური ორბიტალური თვისებები. ამ ორი ადამიანის შედეგები მსგავსია, მაგრამ მექანიზმი აშკარად განსხვავებულია, რაც თეორიულ საფუძველს წარმოადგენს Weyl- ის წერტილების სინგულარობის ახსნის მიზნით. გარდა ამისა, ამ კვლევაში მიღებულ გამოთვლილმა მეთოდმა შეიძლება ღრმად გააცნობიეროს რთული ურთიერთქმედებები და დინამიური ქცევები ატომურ და ელექტრონულ დონეზე სუპერ სწრაფი დროის მასშტაბით, გამოავლინოს მათი მიკროფიზიკური მექანიზმები და სავარაუდოდ, ეს იქნება ძლიერი ინსტრუმენტი ტოპოლოგიურ მასალებში არაწრფივი ოპტიკური ფენომენების შესახებ.

შედეგები მოცემულია ჟურნალში ბუნების კომუნიკაციებში. კვლევის მუშაობას მხარს უჭერს ეროვნული საკვანძო კვლევისა და განვითარების ეროვნული გეგმა, ეროვნული საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ფონდი და ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის სტრატეგიული საპილოტე პროექტი (B).

ნახ .1. ა. ქირალობის შერჩევის წესი WEYL წერტილებისთვის პოზიტიური ქირალობის ნიშნით (χ =+1) წრიული პოლარიზებული შუქის ქვეშ; სელექციური აგზნება ატომური ორბიტალური სიმეტრიის გამო, ბე -ის WEYL წერტილში. χ =+1 ონლაინ პოლარიზებულ შუქზე

ნახ. 2. A, TD-WTE2 ატომური სტრუქტურის დიაგრამა; ბ. ჯგუფის სტრუქტურა ფერმის ზედაპირთან ახლოს; (გ) ბენდის სტრუქტურა და ატომური ორბიტალების ფარდობითი წვლილი, რომელიც განაწილებულია მაღალი სიმეტრიული ხაზების გასწვრივ, ბრილიუინის რეგიონში, ისრები (1) და (2) წარმოადგენს აგზნებას Weyl- ის წერტილების მახლობლად ან შორს; დ. გამა-X მიმართულების გასწვრივ ჯგუფის სტრუქტურის გაძლიერება

ნახ. C. შედარება თეორიულ სიმულაციასა და ექსპერიმენტულ დაკვირვებას შორის; DE: სისტემის სიმეტრიის ევოლუცია და პოზიციები, ორი უახლოესი Weyl წერტილის განცალკევების რაოდენობა და ხარისხი KZ = 0 თვითმფრინავში

ნახ. 4. ფოტოტოპოლოგიური ფაზის გადასვლა TD-WTE2- ში ხაზოვანი პოლარიზებული მსუბუქი ფოტონის ენერგიისთვის (?) Ω) და პოლარიზაციის მიმართულება (θ) დამოკიდებული ფაზის დიაგრამა