פּראָגרעס איז געמאכט אין די לערנען פון הינטער-פאַסט באַוועגונג פון וועיל קוואַסיפּאַרטיקלעס קאַנטראָולד דורך לייזערז

פּראָגרעס איז געמאכט אין די לערנען פון הינטער-פאַסט באַוועגונג פון וועיל קוואַסיפּאַרטיקלעס קאַנטראָולד דורךלייזערז

אין די לעצטע יאָרן, די טעאָרעטיש און יקספּערמענאַל פאָרשונג אויף טאָפּאָלאָגיקאַל קוואַנטום שטאַטן און טאַפּאַלאַדזשיקאַל קוואַנטום מאַטעריאַלס איז געווארן אַ הייס טעמע אין די פעלד פון קאַנדענסט מאַטעריע פיזיק. ווי אַ נייַע באַגריף פון מאַטעריאַל קלאַסאַפאַקיישאַן, טאַפּאַלאַדזשיקאַל סדר, ווי סימעטריע, איז אַ פונדאַמענטאַל באַגריף אין קאַנדענסט מאַטעריע פיזיק. א טיף פארשטאנד פון טאַפּאָלאָגי איז שייך צו די גרונט פּראָבלעמס אין קאַנדענסט מאַטעריע פיזיק, אַזאַ ווי די יקערדיק עלעקטראָניש סטרוקטור פוןקוואַנטום פייזאַז, קוואַנטום פאַסע טראַנזישאַנז און יקסייטיישאַן פון פילע ימאָובאַלייזד עלעמענטן אין קוואַנטום פייזאַז. אין טאַפּאָלאָגיקאַל מאַטעריאַלס, די קאַפּלינג צווישן פילע גראַדעס פון פרייהייט, אַזאַ ווי עלעקטראָנס, פאָנאַנז און ספּין, שפּילט אַ באַשטימענדיק ראָלע אין פארשטאנד און רעגולירן מאַטעריאַל פּראָפּערטיעס. ליכט עקסייטיישאַן קענען זיין גענוצט צו ויסטיילן צווישן פאַרשידענע ינטעראַקשאַנז און מאַניפּולירן די שטאַט פון ענין, און אינפֿאָרמאַציע וועגן די יקערדיק גשמיות פּראָפּערטיעס פון דעם מאַטעריאַל, סטראַקטשעראַל פאַסע טראַנזישאַנז און נייַע קוואַנטום שטאַטן קענען זיין באקומען. דערווייַל, די שייכות צווישן מאַקראָסקאָפּיק נאַטור פון טאַפּאַלאַדזשיקאַל מאַטעריאַלס געטריבן דורך ליכט פעלד און זייער מיקראָסקאָפּיק אַטאָמישע סטרוקטור און עלעקטראָניש פּראָפּערטיעס איז געווארן אַ פאָרשונג ציל.

די פאָטאָעלעקטריק ענטפער נאַטור פון טאַפּאַלאַדזשיקאַל מאַטעריאַלס איז ענג שייַכות צו זייַן מיקראָסקאָפּיק עלעקטראָניש סטרוקטור. פֿאַר טאַפּאַלאַדזשיקאַל האַלב-מעטאַלז, די טרעגער עקסייטיישאַן לעבן די באַנדע ינטערסעקשאַן איז העכסט שפּירעוודיק צו די כוואַליע פונקציאָנירן קעראַקטעריסטיקס פון די סיסטעם. די לערנען פון ניט-לינעאַר אָפּטיש דערשיינונגען אין טאָפּאָלאָגיקאַל האַלב-מעטאַלז קענען העלפֿן אונדז צו בעסער פֿאַרשטיין די גשמיות פּראָפּערטיעס פון די יקסייטאַד שטאַט פון די סיסטעם, און עס איז דערוואַרט אַז די יפעקץ קענען זיין געוויינט אין די פּראָדוצירן פוןאָפּטיש דעוויסעסאון דער פּלאַן פון זונ - סעלז, פּראַוויידינג פּאָטענציעל פּראַקטיש אַפּלאַקיישאַנז אין דער צוקונפֿט. פֿאַר בייַשפּיל, אין אַ וועיל האַלב-מעטאַל, אַבזאָרבינג אַ פאָטאָן פון סערקיאַלערלי פּאָולערייזד ליכט וועט פאַרשאַפן די ספּין צו פליפּ, און אין סדר צו טרעפן די קאַנסערוויישאַן פון ווינקלדיק מאָמענטום, די עלעקטראָן עקסייטיישאַן אויף ביידע זייטן פון די וועיל שישקע וועט זיין אַסיממעטריקלי פונאנדערגעטיילט צוזאמען די ריכטונג פון די סירקולאַרלי פּאָולערייזד ליכט פּראַפּאַגיישאַן, וואָס איז גערופן די טשיראַל סעלעקציע הערשן (פיגורע 1).

די טעאָרעטיש לערנען פון ניט-לינעאַר אָפּטיש דערשיינונגען פון טאַפּאַלאַדזשיקאַל מאַטעריאַלס יוזשאַוואַלי אַדאַפּץ דעם אופֿן פון קאַמביינינג די כעזשבן פון מאַטעריאַל ערד שטאַט פּראָפּערטיעס און סימעטריע אַנאַליסיס. אָבער, דער אופֿן האט עטלעכע חסרונות: עס פעלן די פאַקטיש-צייט דינאַמיש אינפֿאָרמאַציע פון ​​יקסייטאַד קאַריערז אין מאָמענטום פּלאַץ און פאַקטיש פּלאַץ, און עס קען נישט פאַרלייגן אַ דירעקט פאַרגלייַך מיט די צייט-סאַלווד יקספּערמענאַל דיטעקשאַן אופֿן. די קאַפּלינג צווישן עלעקטראָן-פאָנאָנס און פאָטאָן-פאָנאָנס קענען ניט זיין באַטראַכט. און דאָס איז קריטיש פֿאַר זיכער פאַסע טראַנזישאַנז. אין דערצו, די טעאָרעטיש אַנאַליסיס באזירט אויף פּערטערביישאַן טעאָריע קען נישט האַנדלען מיט די גשמיות פּראַסעסאַז אונטער די שטאַרק ליכט פעלד. די צייט-אָפענגיק געדיכטקייַט פאַנגקשאַנאַל מאָלעקולאַר דינאַמיק (TDDFT-MD) סימיאַליישאַן באזירט אויף ערשטער פּרינסאַפּאַלז קענען סאָלווע די אויבן פּראָבלעמס.

לעצטנס, אונטער די גיידאַנס פון פאָרשער מענג שענג, פּאָסטדאָקטאָראַל פאָרשער Guan Mengxue און דאַקטעראַל תּלמיד וואַנג ען פון די SF10 גרופע פון ​​​​די שטאַט שליסל לאַבאָראַטאָרי פון ייבערפלאַך פיזיק פון דעם אינסטיטוט פון פיזיק פון די כינעזיש אַקאַדעמי פון ססיענסעס / בעידזשינג נאַשאַנאַל פאָרשונג צענטער פֿאַר קאַנסאַנטרייטאַד מאַטעריע פיזיק, אין מיטאַרבעט מיט פּראָפעסאָר Sun Jiatao פון די בעידזשינג אינסטיטוט פון טעכנאָלאָגיע, זיי געוויינט די זיך-דעוועלאָפּעד יקסייטאַד שטאַט דינאַמיק סימיאַליישאַן ווייכווארג TDAP. דער ענטפער קעראַקטעריסטיקס פון קוואַסטיפּאַרטיקלע עקסייטיישאַן צו אַלטראַפאַסט לאַזער אין די רגע טיפּ פון Weyl האַלב-מעטאַל WTe2 זענען ינוועסטאַגייטאַד.

עס איז געוויזן אַז די סעלעקטיוו עקסייטיישאַן פון קאַריערז לעבן די Weyl פונט איז באשלאסן דורך אַטאָמישע אָרבאַטאַל סימעטריע און יבערגאַנג סעלעקציע הערשן, וואָס איז אַנדערש פון די געוויינטלעך ספּין סעלעקציע הערשן פֿאַר טשיראַל עקסייטיישאַן, און זייַן עקסייטיישאַן וועג קענען זיין קאַנטראָולד דורך טשאַנגינג די פּאָולעראַזיישאַן ריכטונג. פון לינעאַרלי פּאָולערייזד ליכט און פאָטאָן ענערגיע (פיגורע 2).

די אַסיממעטריק עקסייטיישאַן פון קאַריערז ינדוסיז פאָטאָקוררענץ אין פאַרשידענע אינסטרוקציעס אין פאַקטיש פּלאַץ, וואָס אַפעקץ די ריכטונג און סימעטריע פון ​​די ינטערלייַער צעטל פון די סיסטעם. זינט די טאָפּאָלאָגיקאַל פּראָפּערטיעס פון WTe2, אַזאַ ווי די נומער פון Weyl פונקטן און דער גראַד פון צעשיידונג אין די מאָמענטום פּלאַץ, זענען העכסט אָפענגיק אויף די סימעטריע פון ​​​​די סיסטעם (פיגורע 3), די אַסיממעטריק עקסייטיישאַן פון קאַריערז וועט ברענגען פאַרשידענע נאַטור פון Weyl. קוואַסטיפּאַרטיקלעס אין די מאָמענטום פּלאַץ און קאָראַספּאַנדינג ענדערונגען אין די טאַפּאַלאַדזשיקאַל פּראָפּערטיעס פון די סיסטעם. אזוי, די לערנען גיט אַ קלאָר פאַסע דיאַגראַמע פֿאַר פאָטאָטאָפּאָלאָגיקאַל פאַסע טראַנזישאַנז (פיגורע 4).

די רעזולטאַטן ווייַזן אַז די טשיראַליטי פון טרעגער עקסייטיישאַן לעבן די Weyl פונט זאָל זיין אכטונג צו, און די אַטאָמישע אָרבאַטאַל פּראָפּערטיעס פון כוואַליע פֿונקציע זאָל זיין אַנאַלייזד. די יפעקץ פון די צוויי זענען ענלעך אָבער דער מעקאַניזאַם איז דאָך אַנדערש, וואָס גיט אַ טעאָרעטיש יקער פֿאַר דערקלערן די אייגנארטיקייט פון Weyl פונקטן. אין אַדישאַן, די קאַמפּיוטיישאַנאַל מעטאָד אנגענומען אין דעם לערנען קענען דיפּלי פֿאַרשטיין די קאָמפּלעקס ינטעראַקשאַנז און דינאַמיש ביכייוויערז אויף די אַטאָמישע און עלעקטראָניש לעוועלס אין אַ סופּער-שנעל צייט וואָג, אַנטדעקן זייער מיקראָפיסיקאַל מעקאַניזאַמז און איז געריכט צו זיין אַ שטאַרק געצייַג פֿאַר צוקונפֿט פאָרשונג אויף. ניט-לינעאַר אָפּטיש דערשיינונגען אין טאָפּאָלאָגיקאַל מאַטעריאַלס.

די רעזולטאַטן זענען אין דעם זשורנאַל Nature Communications. די פאָרשונג אַרבעט איז געשטיצט דורך די נאַשאַנאַל שליסל פאָרשונג און אַנטוויקלונג פּלאַן, די נאַשאַנאַל נאַטוראַל וויסנשאַפֿט וויקיפּעדיע און די סטראַטעגיק פּילאָט פּראָיעקט (קאטעגאריע ב) פון די כינעזיש אַקאַדעמי פון ססיענסעס.

FIG.1.a. די טשיראַליטי סעלעקציע הערשן פֿאַר Weyl ווייזט מיט positive טשיראַליטי צייכן (χ=+1) אונטער סערקיאַלערלי פּאָולערייזד ליכט; סעלעקטיוו עקסייטיישאַן רעכט צו אַטאָמישע אָרבאַטאַל סימעטריע אין די Weyl פונט פון ב. χ=+1 אין אָנליין פּאָולערייזד ליכט

FIG. 2. אַטאָמישע סטרוקטור דיאַגראַמע פון ​​אַ, טד-וטע2; ב. באַנד סטרוקטור לעבן די פערמי ייבערפלאַך; (C) באַנד סטרוקטור און קאָרעוו קאַנטראַביושאַנז פון אַטאָמישע אָרביטאַלז פונאנדערגעטיילט צוזאמען הויך סיממעטריק שורות אין די בריללאָוין געגנט, אַראָוז (1) און (2) רעפּראַזענץ עקסייטיישאַן לעבן אָדער ווייַט פון Weyl ווייזט, ריספּעקטיוולי; ד. אַמפּלאַפאַקיישאַן פון באַנד סטרוקטור צוזאמען די גאַמאַ-X ריכטונג

FIG.3.ab: די קאָרעוו ינטערלייַער באַוועגונג פון לינעאַרלי פּאָולערייזד ליכט פּאָולעראַזיישאַן ריכטונג צוזאמען די א-אַקס און ב-אַקס פון די קריסטאַל, און די קאָראַספּאַנדינג באַוועגונג מאָדע איז ילאַסטרייטיד; C. פאַרגלייַך צווישן טעאָרעטיש סימיאַליישאַן און יקספּערמענאַל אָבסערוואַציע; de: סיממעטרי עוואָלוציע פון ​​די סיסטעם און די שטעלע, נומער און גראַד פון צעשיידונג פון די צוויי קלאָוסאַסט וועיל פונקטן אין די קז = 0 פלאַך

FIG. 4. פאָטאָטאָפּאָלאָגיקאַל פאַסע יבערגאַנג אין טד-ווטע2 פֿאַר לינעאַרלי פּאָולערייזד ליכט פאָטאָן ענערגיע (?) ω) און פּאָולעראַזיישאַן ריכטונג (θ) אָפענגיק פאַסע דיאַגראַמע