Chaidh adhartas a dhèanamh ann an sgrùdadh gluasad ultra-luath de ghràineanan beaga Weil fo smachd leusairean.

Chaidh adhartas a dhèanamh ann an sgrùdadh gluasad ultra-luath de ghràineanan beaga Weil fo smachdleusairean

Anns na bliadhnachan mu dheireadh, tha rannsachadh teòiridheach is deuchainneach air staidean cuantamach topaigeach agus stuthan cuantamach topaigeach air a bhith na chuspair teth ann an raon fiosaigs stuth co-dhlùthaichte. Mar bhun-bheachd ùr air seòrsachadh stuth, tha òrdugh topaigeach, mar cho-chothromachd, na bhun-bheachd ann am fiosaigs stuth co-dhlùthaichte. Tha tuigse dhomhainn air topaigeachd co-cheangailte ris na duilgheadasan bunaiteach ann am fiosaigs stuth co-dhlùthaichte, leithid structar dealain bunaiteachìrean cuantamach, gluasadan ìre cuantamach agus brosnachadh mòran eileamaidean neo-ghluasadach ann an ìrean cuantamach. Ann an stuthan topaigeach, tha pàirt chinnteach aig a’ cheangal eadar mòran ìrean saorsa, leithid dealanan, fònanan agus snìomh, ann a bhith a’ tuigsinn agus a’ riaghladh feartan stuthan. Faodar brosnachadh solais a chleachdadh gus eadar-dhealachadh a dhèanamh eadar diofar eadar-obrachaidhean agus staid stuth a làimhseachadh, agus an uairsin gheibhear fiosrachadh mu fheartan corporra bunaiteach an stuth, gluasadan ìre structarail, agus staidean cuantamach ùra. An-dràsta, tha an dàimh eadar giùlan macrascopach stuthan topaigeach air a stiùireadh le raon solais agus an structar atamach microscopach agus feartan dealanach air a thighinn gu bhith na amas rannsachaidh.

Tha giùlan freagairt foto-eileagtronaigeach stuthan topologach ceangailte gu dlùth ri a structar dealain microscopach. Airson leth-mheatailtean topologach, tha an brosnachadh giùlain faisg air crois-rathaid a’ chòmhlain gu math mothachail air feartan gnìomh tonn an t-siostaim. Faodaidh sgrùdadh air iongantas optigeach neo-loidhneach ann an leth-mheatailtean topologach ar cuideachadh le bhith a’ tuigsinn nas fheàrr feartan fiosaigeach nan staidean brosnachail den t-siostam, agus thathar an dùil gun gabh na buaidhean sin a chleachdadh ann an saothrachadhinnealan optaigeachagus dealbhadh cheallan grèine, a’ toirt seachad tagraidhean practaigeach a dh’fhaodadh a bhith ann san àm ri teachd. Mar eisimpleir, ann an leth-mheatailt Weyl, ma ghlacas tu foton de sholas polarichte cruinn, bheir sin air an snìomh tionndadh, agus gus coinneachadh ri glèidhteachas momentum ceàrnach, bidh brosnachadh nan dealanan air gach taobh de chòn Weyl air a sgaoileadh gu neo-chothromach air feadh stiùireadh iomadachadh an t-solais polarichte cruinn, ris an canar riaghailt an taghaidh chiral (Figear 1).

Mar as trice, bidh an sgrùdadh teòiridheach air iongantas optaigeach neo-loidhneach de stuthan topaigeach a’ cleachdadh an dòigh air a bhith a’ cothlamadh àireamhachadh feartan staid talmhainn stuthan agus mion-sgrùdadh co-chothromachd. Ach, tha cuid de lochdan aig an dòigh seo: chan eil fiosrachadh fiùghantach fìor-ùine ann mu luchd-giùlain brosnachail ann an àite momentum agus fìor àite, agus chan urrainn dha coimeas dìreach a stèidheachadh leis an dòigh lorg deuchainneach le rùn-ùine. Chan urrainnear beachdachadh air a’ cheangal eadar electron-phonons agus photon-phonons. Agus tha seo deatamach airson gum bi gluasadan ìre sònraichte a’ tachairt. A bharrachd air an sin, chan urrainn don mhion-sgrùdadh teòiridheach seo stèidhichte air teòiridh buaireadh dèiligeadh ris na pròiseasan corporra fo raon solais làidir. Faodaidh an atharrais daineamaigs mhóileciuil gnìomh dùmhlachd a tha an urra ri ùine (TDDFT-MD) stèidhichte air prionnsapalan tùsail na duilgheadasan gu h-àrd fhuasgladh.

O chionn ghoirid, fo stiùireadh an neach-rannsachaidh Meng Sheng, an neach-rannsachaidh iar-dhotaireil Guan Mengxue agus an oileanach dotaireil Wang En bho Bhuidheann SF10 de Shaotharlann Iuchrach na Stàite airson Fiosaigs Uachdar Institiud Fiosaigs Acadamaidh Saidheansan Shìona/Ionad Rannsachaidh Nàiseanta Beijing airson Fiosaigs Stuthan Dlùthaichte, ann an co-obrachadh leis an Ollamh Sun Jiatao bho Institiud Teicneòlais Beijing, chleachd iad am bathar-bog atharrais daineamaigs stàite brosnachaidh TDAP a chaidh a leasachadh leotha fhèin. Tha feartan freagairt brosnachaidh ceithir-ghràinean gu laser ultra-luath anns an dàrna seòrsa de leth-mheatailt Weyl WTe2 gan sgrùdadh.

Chaidh a shealltainn gu bheil brosnachadh roghnach luchd-giùlain faisg air puing Weyl air a dhearbhadh le co-chothromachd orbital atamach agus riaghailt taghaidh gluasaid, a tha eadar-dhealaichte bhon riaghailt taghaidh snìomh àbhaisteach airson brosnachadh chiral, agus faodar smachd a chumail air a shlighe brosnachaidh le bhith ag atharrachadh stiùireadh pòlarachaidh solais agus lùth foton pòlaraichte gu loidhneach (FIG. 2).

Bidh brosnachadh neo-chothromach luchd-giùlain ag adhbhrachadh sruthan-solais ann an diofar stiùiridhean ann an àite fìor, a bheir buaidh air stiùireadh agus co-chothromachd sleamhnachadh eadar-fhilleadh an t-siostaim. Leis gu bheil feartan topaigeach WTe2, leithid àireamh phuingean Weyl agus ìre an dealachaidh anns an àite momentum, gu mòr an urra ri co-chothromachd an t-siostaim (Figear 3), bheir brosnachadh neo-chothromach luchd-giùlain giùlan eadar-dhealaichte de cheathrar-ghràinean Weyl anns an àite momentum agus atharrachaidhean co-fhreagarrach ann an feartan topaigeach an t-siostaim. Mar sin, tha an sgrùdadh a’ toirt seachad diagram ìre soilleir airson gluasadan ìre fototopaigeach (Figear 4).

Tha na toraidhean a’ sealltainn gum bu chòir aire a thoirt do chirality brosnachaidh giùlain faisg air puing Weyl, agus gum bu chòir feartan orbital atamach gnìomh tonn a sgrùdadh. Tha buaidhean an dà rud coltach ach tha an dòigh-obrach gu follaiseach eadar-dhealaichte, a bheir bunait teòiridheach airson mìneachadh cho sònraichte sa tha puingean Weyl. A bharrachd air an sin, faodaidh an dòigh-obrach coimpiutaireachd a chaidh a chleachdadh san sgrùdadh seo tuigse dhomhainn fhaighinn air na h-eadar-obrachaidhean iom-fhillte agus na giùlan fiùghantach aig ìrean atamach agus dealanach ann an sgèile-ama fìor luath, na dòighean meanbh-fiosaigeach aca fhoillseachadh, agus thathar an dùil gum bi e na inneal cumhachdach airson rannsachadh san àm ri teachd air iongantas optigeach neo-loidhneach ann an stuthan topaigeach.

Tha na toraidhean anns an iris Nature Communications. Tha an obair rannsachaidh air a taiceadh leis a’ Phlana Nàiseanta airson Rannsachadh is Leasachaidh, am Bunait Nàiseanta airson Saidheansan Nàdarra agus am Pròiseact Pìleat Ro-innleachdail (Roinn-seòrsa B) aig Acadamaidh Saidheansan Shìona.

FIG.1.a. An riaghailt taghaidh chirality airson puingean Weyl le soidhne chirality dearbhach (χ=+1) fo sholas polarichte cruinn; Brosnachadh roghnach mar thoradh air co-chothromachd orbital atamach aig puing Weyl de b. χ=+1 ann an solas polarichte air-loidhne

FIG. 2. Diagram structar atamach de a, Td-WTe2; b. Structar còmhlan faisg air uachdar Fermi; (c) Structar còmhlan agus tabhartasan coimeasach orbitalan atamach air an sgaoileadh air feadh loidhnichean àrd-chothromach ann an roinn Brillouin, tha saighdean (1) agus (2) a’ riochdachadh brosnachadh faisg air no fada bho phuingean Weyl, fa leth; d. Leudachadh structar còmhlan air feadh an stiùiridh Gamma-X

FIG.3.ab: Tha gluasad coimeasach eadar-fhilleadh stiùireadh poilearachd solais air a phoilearachadh gu loidhneach air feadh ais-A agus ais-B a’ chriostail, agus am modh gluasaid co-fhreagarrach air a mhìneachadh; C. Coimeas eadar atharrais teòiridheach agus amharc deuchainneach; de: Mean-fhàs co-chothromachd an t-siostaim agus suidheachadh, àireamh agus ìre dealachaidh an dà phuing Weyl as fhaisge anns a’ phlèana kz=0

FIG. 4. Diagram ìre an atharrachaidh fototopologach ann an Td-WTe2 airson lùth foton solais polaraichte gu loidhneach (?) ω) agus stiùireadh polarachaidh (θ)