Maendeleo yamepatikana katika utafiti wa mwendo wa kasi wa quasiparticles za Weil zinazodhibitiwa na leza.

Maendeleo yamepatikana katika utafiti wa mwendo wa kasi wa quasiparticles za Weil zinazodhibitiwa naleza

Katika miaka ya hivi karibuni, utafiti wa kinadharia na majaribio kuhusu hali za quantum za topolojia na nyenzo za quantum za topolojia umekuwa mada motomoto katika uwanja wa fizikia ya maada iliyofupishwa. Kama dhana mpya ya uainishaji wa maada, mpangilio wa topolojia, kama ulinganifu, ni dhana ya msingi katika fizikia ya maada iliyofupishwa. Uelewa wa kina wa topolojia unahusiana na matatizo ya msingi katika fizikia ya maada iliyofupishwa, kama vile muundo wa msingi wa kielektroniki waawamu za kwanta, mabadiliko ya awamu ya quantum na msisimko wa vipengele vingi visivyoweza kuhama katika awamu za quantum. Katika vifaa vya topolojia, muunganiko kati ya digrii nyingi za uhuru, kama vile elektroni, fonetiki na mzunguko, una jukumu muhimu katika kuelewa na kudhibiti sifa za nyenzo. Msisimko wa mwanga unaweza kutumika kutofautisha kati ya mwingiliano tofauti na kudhibiti hali ya maada, na taarifa kuhusu sifa za msingi za kimwili za nyenzo, mabadiliko ya awamu ya kimuundo, na hali mpya za quantum zinaweza kupatikana. Kwa sasa, uhusiano kati ya tabia ya makroskopu ya vifaa vya topolojia vinavyoendeshwa na uwanja wa mwanga na muundo wao wa atomiki wa hadubini na sifa za kielektroniki umekuwa lengo la utafiti.

Tabia ya mwitikio wa fotoelektriki wa vifaa vya topolojia inahusiana kwa karibu na muundo wake wa kielektroniki wa hadubini. Kwa metali za topolojia, msisimko wa kibebaji karibu na makutano ya bendi ni nyeti sana kwa sifa za utendaji wa wimbi la mfumo. Utafiti wa matukio ya macho yasiyo ya mstari katika metali za topolojia unaweza kutusaidia kuelewa vyema sifa za kimwili za hali za msisimko za mfumo, na inatarajiwa kwamba athari hizi zinaweza kutumika katika utengenezaji wavifaa vya machona muundo wa seli za jua, kutoa matumizi yanayowezekana ya vitendo katika siku zijazo. Kwa mfano, katika nusu-metali ya Weyl, kunyonya fotoni ya mwanga uliozungukwa na polari kutasababisha mzunguko kugeuka, na ili kukidhi uhifadhi wa kasi ya angular, msisimko wa elektroni pande zote mbili za koni ya Weyl utasambazwa bila ulinganifu kando ya mwelekeo wa uenezaji wa mwanga uliozungukwa na polari, ambao unaitwa sheria ya uteuzi wa chiral (Mchoro 1).

Utafiti wa kinadharia wa matukio ya macho yasiyo ya mstari wa nyenzo za topolojia kwa kawaida hutumia mbinu ya kuchanganya hesabu ya sifa za hali ya ardhi ya nyenzo na uchambuzi wa ulinganifu. Hata hivyo, njia hii ina kasoro kadhaa: haina taarifa ya muda halisi ya nguvu ya wabebaji wa msisimko katika nafasi ya kasi na nafasi halisi, na haiwezi kuanzisha ulinganisho wa moja kwa moja na mbinu ya kugundua majaribio iliyotatuliwa kwa wakati. Muunganisho kati ya elektroni-fonini na fotoni-fonini hauwezi kuzingatiwa. Na hii ni muhimu kwa mabadiliko fulani ya awamu kutokea. Zaidi ya hayo, uchambuzi huu wa kinadharia unaotegemea nadharia ya usumbufu hauwezi kushughulikia michakato ya kimwili chini ya uwanja mkali wa mwanga. Simulizi ya mienendo ya molekuli inayofanya kazi inayotegemea wakati (TDDFT-MD) kulingana na kanuni za kwanza inaweza kutatua matatizo yaliyo hapo juu.

Hivi majuzi, chini ya mwongozo wa mtafiti Meng Sheng, mtafiti wa postdoctoral Guan Mengxue na mwanafunzi wa udaktari Wang En wa Kundi la SF10 la Maabara Muhimu ya Jimbo la Fizikia ya Uso ya Taasisi ya Fizikia ya Chuo cha Sayansi cha China/Kituo cha Utafiti cha Kitaifa cha Beijing cha Fizikia ya Vitu Vilivyokolea, kwa kushirikiana na Profesa Sun Jiatao wa Taasisi ya Teknolojia ya Beijing, walitumia programu ya simulizi ya mienendo ya hali iliyojiendeleza ya TDAP. Sifa za mwitikio wa msisimko wa quastiparticle kwa leza ya kasi ya juu katika aina ya pili ya WTe2 ya nusu-metali ya Weyl zinachunguzwa.

Imeonyeshwa kuwa msisimko teule wa wabebaji karibu na sehemu ya Weyl huamuliwa na ulinganifu wa obiti ya atomiki na sheria ya uteuzi wa mpito, ambayo ni tofauti na sheria ya kawaida ya uteuzi wa mzunguko kwa msisimko wa chiral, na njia yake ya msisimko inaweza kudhibitiwa kwa kubadilisha mwelekeo wa upolarishaji wa mwanga uliopoliwa kwa mstari na nishati ya fotoni (Mchoro 2).

Msisimko usio na ulinganifu wa wabebaji husababisha mikondo ya mwanga katika pande tofauti katika nafasi halisi, ambayo huathiri mwelekeo na ulinganifu wa mtelezo wa tabaka la kati la mfumo. Kwa kuwa sifa za topolojia za WTe2, kama vile idadi ya nukta za Weyl na kiwango cha utengano katika nafasi ya kasi, hutegemea sana ulinganifu wa mfumo (Mchoro 3), msisimko usio na ulinganifu wa wabebaji utaleta tabia tofauti za quastiparticles za Weyl katika nafasi ya kasi na mabadiliko yanayolingana katika sifa za topolojia za mfumo. Kwa hivyo, utafiti hutoa mchoro wazi wa awamu kwa mabadiliko ya awamu ya fototopolojia (Mchoro 4).

Matokeo yanaonyesha kwamba ulinganifu wa msisimko wa mbebaji karibu na sehemu ya Weyl unapaswa kuzingatiwa, na sifa za obiti ya atomiki ya utendaji kazi wa wimbi zinapaswa kuchambuliwa. Athari za hizo mbili zinafanana lakini utaratibu ni tofauti wazi, ambao hutoa msingi wa kinadharia wa kuelezea upekee wa sehemu za Weyl. Kwa kuongezea, mbinu ya hesabu iliyotumiwa katika utafiti huu inaweza kuelewa kwa undani mwingiliano tata na tabia za mienendo katika viwango vya atomiki na kielektroniki katika kiwango cha wakati cha haraka sana, kufichua mifumo yao ya microfizikia, na inatarajiwa kuwa zana yenye nguvu kwa utafiti wa siku zijazo kuhusu matukio yasiyo ya mstari wa macho katika nyenzo za topolojia.

Matokeo yake yako katika jarida la Nature Communications. Kazi ya utafiti inaungwa mkono na Mpango wa Kitaifa wa Utafiti na Maendeleo Muhimu, Wakfu wa Kitaifa wa Sayansi ya Asili na Mradi wa Majaribio ya Kimkakati (Jamii B) wa Chuo cha Sayansi cha China.

Mchoro 1.a. Sheria ya uteuzi wa chirality kwa nukta za Weyl zenye ishara chanya ya chirality (χ=+1) chini ya mwanga wa mviringo wenye polarized; Msisimko teule kutokana na ulinganifu wa obiti ya atomiki katika nukta ya Weyl ya b. χ=+1 katika mwanga wa polarized mtandaoni.

Mchoro 2. Mchoro wa muundo wa atomiki wa a, Td-WTe2; b. Muundo wa bendi karibu na uso wa Fermi; (c) Muundo wa bendi na michango ya jamaa ya obitali za atomiki zilizosambazwa kando ya mistari ya ulinganifu wa hali ya juu katika eneo la Brillouin, mishale (1) na (2) inawakilisha msisimko karibu au mbali na nukta za Weyl, mtawalia; d. Ukuzaji wa muundo wa bendi kando ya mwelekeo wa Gamma-X

Mchoro 3.ab: Mwendo wa tabaka la kati wa mwelekeo wa upolarization wa mwanga ulio na polari mstari kando ya mhimili wa A na mhimili wa B wa fuwele, na hali ya mwendo inayolingana imeonyeshwa; C. Ulinganisho kati ya simulizi ya kinadharia na uchunguzi wa majaribio; de: Mageuzi ya ulinganifu wa mfumo na nafasi, idadi na kiwango cha utengano wa nukta mbili za karibu za Weyl katika ndege ya kz=0

Mchoro 4. Mpito wa awamu ya fototopolojia katika Td-WTe2 kwa nishati ya fotoni ya mwanga uliogawanyika mstari (?) ω) na mchoro wa awamu tegemezi wa mwelekeo wa polarisation (θ)