פּראָגרעס איז געמאַכט געוואָרן אין דער שטודיע פון ​​אולטראַ-שנעלער באַוועגונג פון ווייל קוואַזי-פּאַרטיקלען קאָנטראָלירט דורך לאַזערס.

פּראָגרעס איז געמאַכט געוואָרן אין דער שטודיע פון ​​אולטראַ-שנעלער באַוועגונג פון ווייל קוואַזי-פּאַרטיקלען קאָנטראָלירט דורךלייזערס

אין די לעצטע יאָרן, איז די טעאָרעטישע און עקספּערימענטאַלע פאָרשונג אויף טאָפּאָלאָגישע קוואַנטום שטאַטן און טאָפּאָלאָגישע קוואַנטום מאַטעריאַלן געוואָרן אַ הייסע טעמע אין דעם פעלד פון קאָנדענסירטער מאַטעריע פיזיק. ווי אַ נייַ באַגריף פון מאַטעריע קלאַסיפיקאַציע, איז טאָפּאָלאָגישע סדר, ווי סימעטריע, אַ פונדאַמענטאַלער באַגריף אין קאָנדענסירטער מאַטעריע פיזיק. אַ טיפע פארשטענדעניש פון טאָפּאָלאָגיע איז פארבונדן מיט די גרונטלעכע פּראָבלעמען אין קאָנדענסירטער מאַטעריע פיזיק, ווי צום ביישפּיל די גרונטלעכע עלעקטראָנישע סטרוקטור פון...קוואַנטום פאַזעס, קוואַנטום פאַזע טראַנזישאַנז און עקסייטיישאַן פון פילע ימאָובאַלייזד עלעמענטן אין קוואַנטום פאַזעס. אין טאָפּאָלאָגישע מאַטעריאַלן, די קאַפּלינג צווישן פילע גראַדן פון פרייהייט, אַזאַ ווי עלעקטראָנען, פאָנאָנען און ספּין, שפּילט אַ דיסיזיוו ראָלע אין פֿאַרשטיין און רעגולירן מאַטעריאַל פּראָפּערטיעס. ליכט עקסייטיישאַן קען זיין געניצט צו אונטערשיידן צווישן פאַרשידענע ינטעראַקשאַנז און מאַניפּולירן דעם צושטאַנד פון מאַטעריע, און אינפֿאָרמאַציע וועגן די מאַטעריאַל ס גרונט גשמיות פּראָפּערטיעס, סטרוקטוראַל פאַזע טראַנזישאַנז, און נייַע קוואַנטום שטאַטן קענען דעמאָלט זיין באקומען. אין דער איצטיקער צייט, די שייכות צווישן מאַקראָסקאָפּיש נאַטור פון טאָפּאָלאָגישע מאַטעריאַלן געטריבן דורך ליכט פעלד און זייער מיקראָסקאָפּיש אַטאָמיש סטרוקטור און עלעקטראָניש פּראָפּערטיעס איז געוואָרן אַ פאָרשונג ציל.

די פאטאעלעקטרישע רעאקציע אויפפירונג פון טאפאלאגישע מאטעריאלן איז ענג פארבונדן מיט איר מיקראסקאפישע עלעקטראנישע סטרוקטור. פאר טאפאלאגישע האלב-מעטאלן, איז די טרעגער עקסייטאציע לעבן דעם באנד אינטערסעקציע העכסט סענסיטיוו צו די כוואליע פונקציע אייגנשאפטן פון דעם סיסטעם. די שטודיע פון ​​נישט-לינעארע אפטישע דערשיינונגען אין טאפאלאגישע האלב-מעטאלן קען אונז העלפן בעסער פארשטיין די פיזישע אייגנשאפטן פון די עקסייטעד שטאנדן פון דעם סיסטעם, און מען ערווארטעט אז די עפעקטן קענען גענוצט ווערן אין דער פאבריקאציע פוןאָפּטישע דעוויסעסאון דער דיזיין פון זונ - צעלן, וואָס צושטעלן פּאָטענציעלע פּראַקטישע אַפּליקאַציעס אין דער צוקונפֿט. למשל, אין אַ ווייל האַלב-מעטאַל, וועט אַבזאָרבירן אַ פאָטאָן פון קייַלעכדיק פּאָלאַריזירט ליכט פאַראורזאַכן דעם ספּין צו זיך איבערדרייען, און כּדי צו דערגרייכן די קאָנסערוואַציע פון ​​ווינקל מאָמענטום, וועט די עלעקטראָן עקסייטיישאַן אויף ביידע זייטן פון די ווייל קאָן זיין אַסימעטריש פאַרשפּרייט צוזאמען די ריכטונג פון די קייַלעכדיק פּאָלאַריזירט ליכט פאַרשפּרייטונג, וואָס ווערט גערופן די כיראַל סעלעקציע הערשן (פיגור 1).

די טעאָרעטישע שטודיע פון ​​נישט-לינעאַרע אָפּטישע דערשיינונגען פון טאָפּאָלאָגישע מאַטעריאַלן נעמט געוויינטלעך אָן די מעטאָדע פון ​​קאָמבינירן די קאַלקולאַציע פון ​​מאַטעריאַל גרונט צושטאַנד אייגנשאַפטן און סימעטריע אַנאַליז. אָבער, די מעטאָדע האט עטלעכע חסרונות: עס פעלט די רעאַל-צייט דינאַמישע אינפֿאָרמאַציע פון ​​אויפֿגערייטע טרעגער אין מאָמענטום פּלאַץ און רעאַל פּלאַץ, און עס קען נישט אויפֿשטעלן אַ דירעקטן פֿאַרגלייַך מיט די צייט-געלייזטע עקספּערימענטאַלע דעטעקציע מעטאָדע. די קאַפּלינג צווישן עלעקטראָן-פֿאָנאָנען און פֿאָטאָן-פֿאָנאָנען קען נישט באַטראַכט ווערן. און דאָס איז קריטיש כּדי געוויסע פֿאַזע איבערגאַנגען זאָלן פּאַסירן. אין דערצו, די טעאָרעטישע אַנאַליז באַזירט אויף פּערטורבאַציע טעאָריע קען נישט האַנדלען מיט די פֿיזישע פּראָצעסן אונטער דעם שטאַרקן ליכט פֿעלד. די צייט-אָפּהענגיקע געדיכטקייט פֿונקציאָנעלע מאָלעקולאַרע דינאַמיק (TDDFT-MD) סימולאַציע באַזירט אויף ערשטע פּרינציפּן קען סאָלווען די אויבן דערמאָנטע פּראָבלעמען.

לעצטנס, אונטער דער אנפירערשאפט פון פארשער מענג שענג, פאסטדאקטאראלער פארשער גואן מענגסו און דאקטאראנט וואנג ען פון דער SF10 גרופע פון ​​דער שטאטישער שליסל לאבאראטאריע פון ​​אייבערפלאך פיזיק פון דעם אינסטיטוט פון פיזיק פון דער כינעזישער אקאדעמיע פון ​​וויסנשאפטן/בעידזשינג נאציאנאלער פארשונג צענטער פאר קאנצענטרירטע מאטעריע פיזיק, אין מיטארבעט מיט פראפעסאר סון דזשיאטא פון דעם בעידזשינג אינסטיטוט פון טעכנאלאגיע, האבן זיי גענוצט די זעלבסט-אנטוויקלטע אויפגערעגטע שטאט דינאמיק סימולאציע ווייכווארג TDAP. די רעאקציע אייגנשאפטן פון קוואַסטיטייליק אויפרעגונג צו אולטרא-שנעלער לאזער אין דער צווייטער סארט ווייל האלב-מעטאל WTe2 ווערן אויסגעפארשט.

עס איז געוויזן געוואָרן אַז די סעלעקטיווע עקסייטיישאַן פון טרעגערס לעבן דעם ווייל פּונקט ווערט באַשטימט דורך אַטאָמישע אָרביטאַל סימעטריע און טראַנזישאַן סעלעקציע הערשן, וואָס איז אַנדערש פון די געוויינטלעכע ספּין סעלעקציע הערשן פֿאַר כיראַל עקסייטיישאַן, און איר עקסייטיישאַן וועג קען קאָנטראָלירט ווערן דורך ענדערן די פּאָלאַריזאַציע ריכטונג פון לינעאַר פּאָלאַריזירט ליכט און פאָטאָן ענערגיע (פיגור 2).

די אסימעטרישע עקסייטיישאַן פון טרעגערס אינדוצירט פאָטאָשטראָמען אין פאַרשידענע ריכטונגען אין פאַקטישן פּלאַץ, וואָס אַפעקטירט די ריכטונג און סימעטריע פון ​​דעם צווישן-שיכט גליטש פון דער סיסטעם. זינט די טאָפּאָלאָגישע אייגנשאַפטן פון WTe2, אַזאַ ווי די נומער פון ווייל פונקטן און דער גראַד פון צעשיידונג אין דעם מאָמענטום פּלאַץ, זענען העכסט אָפענגיק אויף דער סימעטריע פון ​​דער סיסטעם (פיגור 3), וועט די אסימעטרישע עקסייטיישאַן פון טרעגערס ברענגען וועגן פאַרשידענע נאַטור פון ווייל קוואַסטיפּאַרטיקלען אין דעם מאָמענטום פּלאַץ און קאָרעספּאָנדירנדיק ענדערונגען אין די טאָפּאָלאָגישע אייגנשאַפטן פון דער סיסטעם. אזוי, די שטודיע גיט אַ קלאָרע פאַזע דיאַגראַמע פֿאַר פאָטאָטאָפּאָלאָגישע פאַזע טראַנזישאַנז (פיגור 4).

די רעזולטאַטן ווייַזן אַז די כיראַליטעט פון טרעגער עקסייטיישאַן לעבן ווייל פּונקט זאָל זיין ופמערקזאַמקייט צו, און די אַטאָמישע אָרביטאַל אייגנשאַפטן פון כוואַליע פונקציע זאָל זיין אַנאַליזירט. די ווירקונגען פון די צוויי זענען ענלעך אָבער דער מעханіזם איז קלאָר אַנדערש, וואָס גיט אַ טעאָרעטישע באַזע פֿאַר דערקלערן די סינגולאַריטעט פון ווייל פונקטן. אין דערצו, די קאַמפּיוטיישאַנאַל מעטאָד אנגענומען אין דעם לערנען קענען טיף פֿאַרשטיין די קאָמפּלעקס ינטעראַקשאַנז און דינאַמיש ביכייוויערז אויף די אַטאָמישע און עלעקטראָניש לעוועלס אין אַ סופּער-שנעל צייט וואָג, אַנטדעקן זייער מיקראָפיזיקאַל מעханіזמען, און עס איז געריכט צו זיין אַ שטאַרק געצייַג פֿאַר צוקונפֿט פאָרשונג אויף ניט-לינעאַר אָפּטישע דערשיינונגען אין טאָפּאָלאָגישע מאַטעריאַלס.

די רעזולטאַטן זענען אין דער זשורנאַל נאַטור קאָמוניקאַציעס. די פאָרשונג אַרבעט איז געשטיצט דורך די נאַציאָנאַלע שליסל פאָרשונג און אַנטוויקלונג פּלאַן, די נאַציאָנאַלע נאַטוראַל וויסנשאַפֿט פאָונדיישאַן און די סטראַטעגיש פּילאָט פּראָיעקט (קאַטעגאָריע ב) פון די כינעזישע אַקאַדעמיע פון ​​וויסנשאַפֿטן.

פיגור 1.א. די כיראליטיע סעלעקציע רעגולע פאר ווייל פונקטן מיט פאזיטיוון כיראליטיע סימן (χ=+1) אונטער צירקולער פאלאריזירט ליכט; סעלעקטיווע עקסייטאציע צוליב אטאמישער ארביטאלער סימעטריע ביים ווייל פונקט פון ב. χ=+1 אין אנליין פאלאריזירט ליכט

פיג. 2. אטאמישע סטרוקטור דיאגראם פון א, Td-WTe2; ב. באנד סטרוקטור לעבן דער פערמי אייבערפלאך; (ג) באנד סטרוקטור און רעלאטיווע ביישטייערונגען פון אטאמישע ארביטאלן פארשפרייט צוזאמען הויך סימעטרישע ליניעס אין דער ברילואן ראיאן, פײַלן (1) און (2) רעפרעזענטירן עקסייטאציע לעבן אדער ווייט פון ווייל פונקטן, בהתאמה; ד. פארשטארקונג פון באנד סטרוקטור צוזאמען דער גאמא-X ריכטונג

פיגור 3.אב: די רעלאטיווע צווישן-שיכט באוועגונג פון לינעאר פאלאריזירט ליכט פאלאריזאציע ריכטונג צוזאמען די א-אקס און ב-אקס פון דעם קריסטאל, און די קארעספאנדירנדע באוועגונג מאָדע איז אילוסטרירט; ג. פארגלייך צווישן טעארעטישע סימולאציע און עקספערימענטאלע אבזערוואציע; דע: סימעטריע עוואלוציע פון ​​דעם סיסטעם און די פאזיציע, נומער און גראד פון צעשיידונג פון די צוויי נענטסטע ווייל פונקטן אין דער kz=0 פלאך

פיג. 4. פאָטאָטאָפּאָלאָגישע פאַזע איבערגאַנג אין Td-WTe2 פֿאַר לינעאַר פּאָלאַריזירטע ליכט פאָטאָן ענערגיע (?) ω) און פּאָלאַריזאַציע ריכטונג (θ) אָפּהענגיקע פאַזע דיאַגראַם