S'han avançat en l'estudi del moviment ultrafast de les quasipartícules de Weil controlades perlàsers
En els darrers anys, la investigació teòrica i experimental sobre estats quàntics topològics i materials quàntics topològics s’ha convertit en un tema candent en el camp de la física de la matèria condensada. Com a nou concepte de classificació de matèries, l’ordre topològic, com la simetria, és un concepte fonamental en la física de la matèria condensada. Una comprensió profunda de la topologia està relacionada amb els problemes bàsics en la física de la matèria condensada, com ara l'estructura electrònica bàsica defases quàntiques, transicions de fase quàntica i excitació de molts elements immobilitzats en fases quàntiques. En materials topològics, l’acoblament entre molts graus de llibertat, com ara electrons, fonons i spin, té un paper decisiu en la comprensió i la regulació de les propietats materials. L’excitació lleugera es pot utilitzar per distingir entre diferents interaccions i manipular l’estat de la matèria i es pot obtenir informació sobre les propietats físiques bàsiques del material, les transicions de fase estructural i els nous estats quàntics. Actualment, la relació entre el comportament macroscòpic dels materials topològics impulsats pel camp lleuger i la seva estructura atòmica microscòpica i les propietats electròniques s’ha convertit en un objectiu de recerca.
El comportament de resposta fotoelèctrica dels materials topològics està estretament relacionat amb la seva estructura electrònica microscòpica. Per als semi-metalls topològics, l'excitació del portador a prop de la intersecció de la banda és altament sensible a les característiques de la funció d'ona del sistema. L’estudi de fenòmens òptics no lineals en semi-metalls topològics ens pot ajudar a comprendre millor les propietats físiques dels estats excitats del sistema, i s’espera que aquests efectes es puguin utilitzar en la fabricació dedispositius òpticsi el disseny de cèl·lules solars, proporcionant possibles aplicacions pràctiques en el futur. Per exemple, en un semi-metall de Weyl, que absorbeix un fotó de llum polaritzada circularment farà que el gir flipi i, per tal de complir la conservació de l’impuls angular, l’excitació d’electrons a banda i banda del con de Weyl es distribuirà asimètricament al llarg de la direcció de la propagació de la llum polaritzada circularment, que s’anomena regla de selecció Chiral (figura 1).
L’estudi teòric de fenòmens òptics no lineals dels materials topològics sol adoptar el mètode per combinar el càlcul de les propietats de l’estat del sòl material i l’anàlisi de simetria. Tot i això, aquest mètode té alguns defectes: no té informació dinàmica en temps real dels transportistes excitats en l’espai d’impuls i l’espai real, i no pot establir una comparació directa amb el mètode de detecció experimental resolt en el temps. No es pot considerar l’acoblament entre els electrons-filons i els fotons-filons. I això és crucial per a que es produeixin determinades transicions de fase. A més, aquesta anàlisi teòrica basada en la teoria de la pertorbació no pot fer front als processos físics sota el fort camp de llum. La simulació de dinàmica molecular funcional de densitat depenent del temps (TDDFT-MD) basada en els primers principis pot solucionar els problemes anteriors.
Recentment, sota l’orientació de l’investigador Meng Sheng, l’investigador postdoctoral Guan Mengxue i l’estudiant doctorat Wang en el grup SF10 del laboratori estatal clau de física superficial de l’Institut de Física de l’Acadèmia de Ciències de les Ciències/Beijing Centre Nacional de Recerca per a la Física de la Matèria Concentrada, en col·laboració amb el professor Sun Jiatao de l’Institut de Tecnologia de Beijing, van utilitzar el Dynamic State Dynamic, que utilitzaven la dinàmica de l’il·lusionada DIMENTIFIADACIÓ DIMENTIFIADACIÓ DIMENDIFIADACIÓ DIMENDAMENT DIMENDADORACIONADACIÓ recorreguda del professor Sun Jiatao Programari de simulació TDAP. S’investiguen les característiques de resposta de l’excitació de quastipartícules al làser ultrafast en el segon tipus de WTE2 de WELL semi-metall.
S'ha demostrat que l'excitació selectiva de portadors propers al punt WELL està determinada per simetria orbital atòmica i regla de selecció de transició, que és diferent de la regla de selecció de spin habitual per a l'excitació quiral, i la seva ruta d'excitació es pot controlar canviant la direcció de polarització de la llum polaritzada linealment i l'energia del fotó (Fig. 2).
L’excitació asimètrica de portadors indueix fotocurrents en diferents direccions a l’espai real, cosa que afecta la direcció i la simetria del lliscament entre el sistema. Atès que les propietats topològiques de WTE2, com el nombre de punts de Weyl i el grau de separació a l’espai d’impuls, depenen molt de la simetria del sistema (figura 3), l’excitació asimètrica dels portadors provocarà un comportament diferent de Weyl Quastiparticles a l’espai de Momentum i els canvis corresponents en les propietats topològiques del sistema. Així, l'estudi proporciona un diagrama de fase clar per a les transicions de fase fototopològica (figura 4).
Els resultats mostren que s’ha de prestar atenció la quiralitat de l’excitació del portador a prop de Weyl Point i que s’han d’analitzar les propietats orbitals atòmiques de la funció d’ona. Els efectes dels dos són similars, però el mecanisme és òbviament diferent, cosa que proporciona una base teòrica per explicar la singularitat dels punts de Weyl. A més, el mètode computacional adoptat en aquest estudi pot comprendre profundament les interaccions complexes i els comportaments dinàmics a nivells atòmics i electrònics a una escala de temps super ràpida, revelar els seus mecanismes microfísics i es preveu que sigui una potent eina per a futures investigacions sobre fenòmens òptics no lineals en materials topològics.
Els resultats són a la revista Nature Communications. El treball de recerca està recolzat pel National Key Research and Development Pla, la National Natural Science Foundation i el Projecte Pilot Estratègic (Categoria B) de l'Acadèmia Xinesa de Ciències.
Fig.1.A. La regla de selecció de la quiralitat per a punts de Weyl amb signe de quiralitat positiva (χ =+1) sota llum polaritzada circularment; Excitació selectiva a causa de la simetria orbital atòmica al punt de Weyl de b. χ =+1 a la llum polaritzada en línia
Fig. 2. Diagrama d’estructura atòmica de A, TD-WTE2; b. Estructura de banda a prop de la superfície de Fermi; (c) l'estructura de banda i les contribucions relatives dels orbitals atòmics distribuïts al llarg de línies simètriques altes a la regió de Brillouin, les fletxes (1) i (2) representen l'excitació a prop o lluny dels punts de Weyl, respectivament; d. Amplificació de l'estructura de la banda al llarg de la direcció gamma-x
Fig. C. Comparació entre simulació teòrica i observació experimental; DE: Evolució de la simetria del sistema i la posició, el nombre i el grau de separació dels dos punts Weyl més propers en el pla KZ = 0
Fig. 4. Transició de fase fototopològica en TD-WTE2 per a l’energia de fotons de llum linealment polaritzada (?) Ω) i la direcció de polarització (θ) diagrama de fase dependent
Hora del post: 25 de setembre de 2013