Des progrès ont été réalisés dans l'étude du mouvement ultrarapé de quasiparticules de Weil contrôlés parlasers
Ces dernières années, la recherche théorique et expérimentale sur les états quantiques topologiques et les matériaux quantiques topologiques est devenu un sujet brûlant dans le domaine de la physique de la matière condensée. En tant que nouveau concept de classification de la matière, l'ordre topologique, comme la symétrie, est un concept fondamental dans la physique de la matière condensée. Une compréhension approfondie de la topologie est liée aux problèmes de base de la physique des matières condensées, telles que la structure électronique de base dephases quantiques, Transitions de phase quantique et excitation de nombreux éléments immobilisés dans les phases quantiques. Dans les matériaux topologiques, le couplage entre de nombreux degrés de liberté, tels que les électrons, les phonons et le spin, joue un rôle décisif dans la compréhension et la régulation des propriétés des matériaux. L'excitation légère peut être utilisée pour distinguer les différentes interactions et manipuler l'état de la matière, et des informations sur les propriétés physiques de base du matériau, les transitions de phase structurelle et les nouveaux états quantiques peuvent ensuite être obtenus. À l'heure actuelle, la relation entre le comportement macroscopique des matériaux topologiques entraînés par le champ léger et leur structure atomique microscopique et leurs propriétés électroniques est devenue un objectif de recherche.
Le comportement de réponse photoélectrique des matériaux topologiques est étroitement lié à sa structure électronique microscopique. Pour les semi-métaux topologiques, l'excitation porteuse près de l'intersection de la bande est très sensible aux caractéristiques de la fonction d'onde du système. L'étude des phénomènes optiques non linéaires en semi-métaux topologiques peut nous aider à mieux comprendre les propriétés physiques des états excités du système, et il est prévu que ces effets peuvent être utilisés dans la fabrication dedispositifs optiqueset la conception des cellules solaires, fournissant des applications pratiques potentielles à l'avenir. Par exemple, dans un semi-métal Weyl, absorbant un photon de lumière polarisée circulaire provoquera le tour de la rotation, et afin de répondre à la conservation du moment angulaire, l'excitation électronique des deux côtés du cone Weyl sera distribuée asymétriquement le long de la direction de la propagation de la lumière circulaire polarisée, qui est appelée la règle de la sélection chirale (figure 1).
L'étude théorique des phénomènes optiques non linéaires des matériaux topologiques adopte généralement la méthode de combinaison du calcul des propriétés du fond et de l'analyse de symétrie. Cependant, cette méthode présente quelques défauts: il n'a pas les informations dynamiques en temps réel des porteurs excités dans l'espace de momentum et l'espace réel, et il ne peut pas établir de comparaison directe avec la méthode de détection expérimentale résolue dans le temps. Le couplage entre les électrons-phonons et les photons-phonons ne peut pas être pris en considération. Et ceci est crucial pour que certaines transitions de phase se produisent. De plus, cette analyse théorique basée sur la théorie des perturbations ne peut pas traiter les processus physiques sous le champ de lumière forte. La simulation de dynamique moléculaire fonctionnelle de la densité du temps (TDDFT-MD) basée sur les premiers principes peut résoudre les problèmes ci-dessus.
Récemment, sous la direction de la chercheuse Meng Sheng, du chercheur postdoctoral Guan Mengxue et des étudiants doctorants Wang en du groupe SF10 du Laboratoire clé de la physique de la physique de l'Institut de physique de la Chinese Académie des Sciences de Science de l'institut de recherche sur la dynamique de l'État de Science, ils ont utilisé la dynamique de l'État de Sun-Dynaming Tdap. Les caractéristiques de réponse de l'excitation de la quastiparticule au laser ultrafast dans le deuxième type de WTE2 de Weyl semi-métal sont étudiées.
Il a été démontré que l'excitation sélective des porteurs près du point de Weyl est déterminée par la règle de la symétrie orbitale atomique et de la sélection de la transition, qui est différente de la règle de sélection de spin habituelle pour l'excitation chirale, et son chemin d'excitation peut être contrôlé en modifiant la direction de polarisation de la lumière et de l'énergie de photon à la polarisation linéairement (Fig. 2).
L'excitation asymétrique des porteurs induit des photocourants dans différentes directions dans l'espace réel, ce qui affecte la direction et la symétrie du glissement intercouche du système. Étant donné que les propriétés topologiques de WTE2, telles que le nombre de points Weyl et le degré de séparation dans l'espace de quantité de mouvement, dépendent fortement de la symétrie du système (figure 3), l'excitation asymétrique des porteurs entraînera différents comportements des quastiparticules de Weyl dans l'espace de moment et des changements correspondants dans les propriétés topologiques du système. Ainsi, l'étude fournit un diagramme de phase clair pour les transitions de phase phototopologique (figure 4).
Les résultats montrent que la chiralité de l'excitation des porteurs près de Weyl Point doit être prêtée attention et que les propriétés orbitales atomiques de la fonction des vagues doivent être analysées. Les effets des deux sont similaires, mais le mécanisme est évidemment différent, ce qui fournit une base théorique pour expliquer la singularité des points Weyl. De plus, la méthode de calcul adoptée dans cette étude peut comprendre profondément les interactions complexes et les comportements dynamiques aux niveaux atomique et électronique dans une échelle de temps super rapide, révèlent leurs mécanismes microphysiques et devrait être un outil puissant pour les recherches futures sur les phénomènes optiques non linéaires dans les matériaux topologiques.
Les résultats sont dans la revue Nature Communications. Le travail de recherche est soutenu par le Plan national de recherche et de développement clé, la National Natural Science Foundation et le projet pilote stratégique (catégorie B) de l'Académie chinoise des sciences.
Fig.1.A. La règle de sélection de la chiralité pour les points de Weyl avec un signe de chiralité positif (χ = + 1) sous une lumière polarisée circulaire; Excitation sélective due à une symétrie orbitale atomique au point Weyl de b. χ = + 1 lumière polarisée en ligne
FIGUE. 2. Diagramme de structure atomique de A, TD-WTE2; né Structure de la bande près de la surface de Fermi; (c) Structure de la bande et contributions relatives des orbitales atomiques distribuées le long des lignées symétriques élevées dans la région de Brillouin, les flèches (1) et (2) représentent une excitation près ou loin des points de Weyl, respectivement; d. Amplification de la structure de la bande le long de la direction GAMMA-X
Fig.3.Ab: le mouvement intercouche relatif de la direction de polarisation de la lumière polarisée linéaire le long de l'axe A et de l'axe b du cristal, et le mode de mouvement correspondant est illustré; C. comparaison entre la simulation théorique et l'observation expérimentale; DE: Évolution de la symétrie du système et de la position, du nombre et du degré de séparation des deux points Weyl les plus proches dans le plan KZ = 0
FIGUE. 4. Transition de phase phototopologique dans TD-WTE2 pour l'énergie de photons de lumière polarisée linéaire (?) Ω) et la direction de polarisation (θ) Diagramme de phase dépendante
Heure du poste: Sep-25-2023