Chaidh adhartas a dhèanamh ann a bhith a’ sgrùdadh gluasad ultrafast de quasiparticles Weil fo smachd lasers

Chaidh adhartas a dhèanamh ann a bhith a’ sgrùdadh gluasad ultrafast de quasiparticles Weil fo smachdleusair

Anns na bliadhnachan mu dheireadh, tha an rannsachadh teòiridheach agus deuchainneach air stàitean cuantamach topological agus stuthan quantum topological air a thighinn gu bhith na chuspair teth ann an raon fiosaig stuth dùmhlaichte. Mar bhun-bheachd ùr de sheòrsachadh cuspair, tha òrdugh topological, leithid co-chothromachd, na bhun-bheachd bunaiteach ann am fiosaig cùis dùmhail. Tha tuigse dhomhainn air topology co-cheangailte ris na duilgheadasan bunaiteach ann am fiosaig stuth dùmhlaichte, leithid structar dealanach bunaiteach deìrean cuantamach, eadar-ghluasadan ìre cuantamach agus togail air mòran eileamaidean gun ghluasad ann an ìrean cuantamach. Ann an stuthan topological, tha pàirt chudromach aig a’ cheangal eadar iomadh ìre de shaorsa, leithid dealanan, fonons agus snìomh, ann a bhith a’ tuigsinn agus a’ riaghladh feartan stuthan. Faodar excitation aotrom a chleachdadh gus eadar-dhealachadh a dhèanamh eadar diofar eadar-obrachaidhean agus suidheachadh a’ chùis a làimhseachadh, agus gheibhear fiosrachadh mu fheartan corporra bunaiteach an stuth, eadar-ghluasadan ìre structarail, agus stàitean cuantamach ùra. Aig an àm seo, tha an dàimh eadar giùlan macroscopic de stuthan topological air a stiùireadh le raon aotrom agus an structar atamach microscopach agus na feartan dealanach aca air a thighinn gu bhith na amas rannsachaidh.

Tha giùlan freagairt photoelectric stuthan topological ceangailte gu dlùth ris an structar dealanach microscopach aige. Airson leth-mheatailt topological, tha an excitation neach-giùlain faisg air an eadar-ghearradh còmhlan gu math mothachail air feartan gnìomh tonn an t-siostaim. Faodaidh sgrùdadh air uinneanan optigeach neo-loidhneach ann an leth-meatailt topological ar cuideachadh gus tuigse nas fheàrr fhaighinn air feartan fiosaigeach stàitean togarrach an t-siostam, agus thathar an dùil gun gabh na buaidhean sin a chleachdadh ann a bhith a’ dèanamhinnealan optigeachagus dealbhadh cheallan grèine, a’ toirt seachad cleachdadh practaigeach san àm ri teachd. Mar eisimpleir, ann an leth-mheatailt Weyl, le bhith a’ gabhail a-steach photon de sholas cruinn cruinn bheir an snìomh air falbh, agus gus coinneachadh ri glèidhteachas momentum ceàrnach, bidh an excitation dealanach air gach taobh den chòn Weyl air a chuairteachadh gu neo-chunbhalach air feadh. stiùireadh an iomadachaidh solais cearcallach, ris an canar an riaghailt taghadh chiral (Figear 1).

Mar as trice bidh sgrùdadh teòiridheach air uinneanan optigeach neo-loidhneach de stuthan topological a’ cleachdadh an dòigh gus obrachadh a-mach feartan stàite stuthan agus mion-sgrùdadh co-chothromachd a thoirt còmhla. Ach, tha cuid de lochdan aig an dòigh seo: chan eil fiosrachadh fiùghantach fìor-ùine ann bho luchd-giùlan togarrach ann an àite momentum agus fìor àite, agus chan urrainn dha coimeas dìreach a stèidheachadh leis an dòigh lorg deuchainneach a chaidh a rèiteach le ùine. Chan urrainnear beachdachadh air a’ cheangal eadar electron-phonons agus photon-phonons. Agus tha seo deatamach airson eadar-ghluasadan ìre sònraichte tachairt. A bharrachd air an sin, chan urrainn don mhion-sgrùdadh teòiridheach seo stèidhichte air teòiridh perturbation dèiligeadh ris na pròiseasan fiosaigeach fon raon solais làidir. Faodaidh an atharrais air daineamaigs moileciuil gnìomh dùmhlachd a tha an urra ri ùine (TDDFT-MD) stèidhichte air ciad phrionnsapalan 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 phrìomh obair-lann na stàite airson fiosaig uachdar aig Institiud Fiosaigs Acadamaidh Saidheansan Shìona / Ionad Sgrùdaidh Nàiseanta Beijing airson Cùis Tìmichte Physics, ann an co-obrachadh leis an Àrd-ollamh Sun Jiatao bho Institiud Teicneòlais Beijing, chleachd iad am bathar-bog atharrais air daineamaigs stàite fèin-leasaichte TDAP. Thathas a’ sgrùdadh feartan freagairt excitation quastiparticle gu laser ultrafast anns an dàrna seòrsa de leth-mheatailt Weyl WTe2.

Chaidh a shealltainn gu bheil excitation roghnach luchd-giùlan faisg air puing Weyl air a dhearbhadh le co-chothromachd orbital atamach agus riaghailt taghaidh gluasaid, a tha eadar-dhealaichte bhon riaghailt àbhaisteach taghadh snìomh airson excitation chiral, agus faodar smachd a chumail air an t-slighe excitation aige le bhith ag atharrachadh an stiùireadh polarization de sholas polarichte sreathach agus lùth photon (FIG. 2).

Bidh excitation neo-chunbhalach luchd-giùlan a’ toirt a-steach photocurrents ann an diofar stiùiridhean ann an àite fìor, a bheir buaidh air treòrachadh agus co-chothromachd sliasaid interlayer an t-siostam. Leis gu bheil feartan topological WTe2, leithid an àireamh de phuingean Weyl agus an ìre dealachaidh anns an àite momentum, gu mòr an urra ri co-chothromachd an t-siostaim (Figear 3), bheir excitation neo-chunbhalach luchd-còmhdhail giùlan eadar-dhealaichte de Weyl. quastiparticles anns an àite momentum agus atharrachaidhean co-fhreagarrach ann an feartan topological an t-siostaim. Mar sin, tha an sgrùdadh a’ toirt seachad diagram ìre soilleir airson eadar-ghluasadan ìre phototopological (Figear 4).

Tha na co-dhùnaidhean a’ sealltainn gum bu chòir aire a thoirt do chirality excitation giùlan faisg air Weyl point, agus bu chòir mion-sgrùdadh a dhèanamh air feartan orbital atamach gnìomh nan tonn. Tha buaidhean an dà rud coltach ri chèile ach tha an uidheamachd gu follaiseach eadar-dhealaichte, a tha a’ toirt seachad bunait teòiridheach airson a bhith a’ mìneachadh cho sònraichte sa tha puingean Weyl. A bharrachd air an sin, faodaidh an dòigh coimpiutaireachd a chaidh a chleachdadh san sgrùdadh seo tuigse dhomhainn a thoirt air na h-eadar-obrachaidhean iom-fhillte agus giùlan fiùghantach aig ìrean atamach agus dealanach ann an sgèile-tìm fìor-luath, a’ nochdadh na h-innealan microphysical aca, agus tha dùil gum bi e na inneal cumhachdach airson rannsachadh san àm ri teachd air. uinneanan optigeach neo-loidhneach ann an stuthan topological.

Tha na toraidhean anns an iris Nature Communications. Tha an obair rannsachaidh a’ faighinn taic bhon Phlana Nàiseanta Rannsachaidh is Leasachaidh, an National Natural Science Foundation agus am Pròiseact Pìleat Ro-innleachdail (Ro-innleachd B) de Acadamaidh Saidheansan Shìona.

FIG.1.a. Tha an riaghailt taghaidh chirality airson puingean Weyl le soidhne deagh chirality (χ = + 1) fo sholas cruinn polarichte; Excitation 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 còmhlain faisg air uachdar Fermi; (c) Structar còmhlain agus tabhartasan coimeasach de orbitals atamach air an cuairteachadh air loidhnichean co-chothromach àrd ann an sgìre Brillouin, tha saighdean (1) agus (2) a’ riochdachadh excitation faisg air no fada bho phuingean Weyl, fa leth; d. Meudachadh air structar còmhlan air taobh Gamma-X

FIG.3.ab: Tha an gluasad eadar-fhilleadh coimeasach de stiùireadh polarachadh solais polarichte sreathach air feadh A-axis agus B-axis na criostal, agus am modh gluasaid co-fhreagarrach air a nochdadh; 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 air an itealan kz=0

FIG. 4. Eadar-ghluasad ìre phototopological ann an Td-WTe2 airson lùth photon solais polarichte sreathach (?) ω) agus stiùireadh polarization (θ) diagram ìre an urra