에레이저
최근 몇 년 동안, 토폴로지 양자 상태 및 토폴로지 양자 물질에 대한 이론적 및 실험적 연구는 응축 물질 물리학 분야에서 인기있는 주제가되었습니다. 물질 분류의 새로운 개념으로서, 대칭과 같은 토폴로지 순서는 응축 물질 물리학의 기본 개념입니다. 토폴로지에 대한 깊은 이해는 기본 전자 구조와 같은 응축 물질 물리학의 기본 문제와 관련이 있습니다.양자 단계, 양자 상 전이 및 양자 단계에서 많은 고정화 된 요소의 여기. 토폴로지 물질에서, 전자, 포논 및 스핀과 같은 많은 자유도 사이의 결합은 물질 특성을 이해하고 조절하는 데 결정적인 역할을합니다. 광 여기에는 상이한 상호 작용을 구별하고 물질 상태를 조작하는 데 사용될 수 있으며, 재료의 기본 물리적 특성, 구조 상 전이 및 새로운 양자 상태에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 현재, 광장에 의해 구동되는 토폴로지 재료의 거시적 거동과 미세한 원자 구조와 전자 특성 사이의 관계는 연구 목표가되었다.
토폴로지 물질의 광전 반응 거동은 현미경 전자 구조와 밀접한 관련이있다. 토폴로지 반 메탈의 경우, 밴드 교차점 근처의 캐리어 여기는 시스템의 파동 함수 특성에 매우 민감합니다. 토폴로지 반 메탈에서의 비선형 광학 현상에 대한 연구는 시스템의 흥분 상태의 물리적 특성을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있으며 이러한 효과가 제조에 사용될 수있을 것으로 예상됩니다.광학 장치그리고 앞으로 잠재적 인 실제 응용을 제공하는 태양 전지의 설계. 예를 들어, Weyl Semi-Metal에서 원형 편광 광의 광자를 흡수하면 스핀이 뒤집히고 각 운동량의 보존을 충족시키기 위해 Weyl Cone의 양쪽에있는 전자 여기는 원형 분극화 된 전파의 방향을 따라 비대칭으로 분포 될 것이며, 이는 키랄 선택 규칙이라고합니다 (1).
토폴로지 재료의 비선형 광학 현상에 대한 이론적 연구는 일반적으로 재료 접지 상태 특성 및 대칭 분석의 계산을 결합하는 방법을 채택합니다. 그러나이 방법에는 약간의 결함이 있습니다. 모멘텀 공간과 실제 공간에서 흥분된 캐리어의 실시간 동적 정보가 부족하며 시간 분해 된 실험 탐지 방법과 직접 비교할 수는 없습니다. 전자-포논과 광자 포논 사이의 커플 링은 고려할 수 없습니다. 그리고 이것은 특정 위상 전이가 발생하는 데 중요합니다. 또한, 섭동 이론에 기초한이 이론적 분석은 강한 광 분야에서 물리적 과정을 다룰 수 없다. 첫 번째 원리를 기반으로 한 시간 의존 밀도 밀도 기능 분자 역학 (TDDFT-MD) 시뮬레이션은 위의 문제를 해결할 수 있습니다.
최근 연구원 Meng Sheng의 지침에 따라, 박사후 연구원 Guan Mengxue 및 박사 과학 학생 Wang En은 중국 과학 아카데미의 물리학 연구소의 Sf10 Group of Surfect of Sciences/Beijing National Research Center of Beijing National Research Center of Beijing National Research Center of Speant Ac 소프트웨어 TDAP. 두 번째 종류의 WEYL 반-금속 WTE2에서 초고속 레이저에 대한 Quastiparticle 여기의 반응 특성이 조사된다.
Weyl 점 근처의 캐리어의 선택적 여기는 원자 궤도 대칭 및 전이 선택 규칙에 의해 결정되는 것으로 나타 났으며, 이는 키랄 여기에 대한 일반적인 스핀 선택 규칙과 다르며, 이는 선형 편광 및 광자 에너지의 편광 방향을 변화시킴으로써 여기 경로를 제어 할 수있다 (도 2).
캐리어의 비대칭 여기는 실제 공간에서 다른 방향으로 광전류를 유도하여 시스템의 인터레이어 슬립의 방향과 대칭에 영향을 미칩니다. Weyl 포인트의 수 및 운동량 공간에서의 분리 정도와 같은 WTE2의 토폴로지 특성은 시스템의 대칭에 크게 의존하기 때문에 (도 3), 캐리어의 비대칭 여기는 모멘텀 공간에서 Weyl Quastiparticles의 다른 거동을 가져올 것이다. 따라서,이 연구는 광토 학적 위상 전이를위한 명확한 위상 다이어그램을 제공한다 (도 4).
결과는 Weyl Point 근처의 캐리어 여기의 키랄성에주의를 기울여야하며 파동 기능의 원자 궤도 특성을 분석해야한다는 것을 보여줍니다. 이 둘의 효과는 비슷하지만 메커니즘은 분명히 다르며, 이는 Weyl 점의 특이성을 설명하기위한 이론적 근거를 제공합니다. 또한,이 연구에서 채택 된 계산 방법은 초고속 시간 규모의 원자력 및 전자 수준에서 복잡한 상호 작용과 동적 행동을 깊이 이해하고, 미세 물리학 적 메커니즘을 밝히며, 토폴로지 재료의 비선형 광학 현상에 대한 향후 연구를위한 강력한 도구가 될 것으로 예상됩니다.
결과는 자연 커뮤니케이션 저널에 있습니다. 연구 작업은 National Key Research and Development Plan, National Natural Science Foundation 및 중국 과학 아카데미의 전략 파일럿 프로젝트 (카테고리 B)에 의해 지원됩니다.
그림 1.A. 원형 편광 조명 아래 양성 키랄성 징후 (χ =+1)를 갖는 Weyl 포인트에 대한 키랄성 선택 규칙; b의 와일 지점에서 원자 궤도 대칭으로 인한 선택적 여기. 온라인 편광 조명에서 χ =+1
무화과. 2. A, TD-WTE2의 원자 구조 다이어그램; 비. 페르미 표면 근처의 밴드 구조; (c) 브릴 루인 영역에서 높은 대칭 라인을 따라 분포 된 원자 궤도의 밴드 구조 및 상대적 기여는 각각 weyl 포인트에서 또는 멀리 떨어진 흥분을 나타낸다; 디. 감마 -X 방향을 따라 밴드 구조의 증폭
그림 3.AB : 결정의 A 축 및 B 축을 따라 선형 편광 분극 방향의 상대적 방해물 이동 및 상응하는 움직임 모드가 설명되어있다. C. 이론적 시뮬레이션과 실험 관찰의 비교; DE : 시스템의 대칭 진화 및 KZ = 0 평면에서 가장 가까운 두 개의 Weyl 지점의 위치, 수 및 분리 정도
무화과. 4. 선형 편광 광자 에너지 (?) ω) 및 편광 방향 (θ) 의존적 위상 다이어그램에 대한 TD-WTE2에서의 광토 학적 위상 전이
시간 후 : 9 월 25-2023 년