에 의해 제어되는 Weil 준입자의 초고속 운동 연구에 진전이 있었습니다.레이저
최근 응집물질물리학 분야에서는 위상학적 양자상태와 위상학적 양자물질에 대한 이론적이고 실험적인 연구가 뜨거운 화두가 되고 있다. 물질 분류의 새로운 개념인 위상학적 질서는 대칭과 마찬가지로 응집물질물리학의 기본 개념이다. 토폴로지에 대한 깊은 이해는 응집물질 물리학의 기본 문제, 즉 기본 전자 구조와 관련이 있습니다.양자 단계, 양자 위상 전이 및 양자 위상에서 많은 고정된 요소의 여기. 토폴로지 재료에서 전자, 포논, 스핀과 같은 다양한 자유도 간의 결합은 재료 특성을 이해하고 조절하는 데 결정적인 역할을 합니다. 빛 여기는 서로 다른 상호작용을 구별하고 물질의 상태를 조작하는 데 사용될 수 있으며, 그런 다음 물질의 기본 물리적 특성, 구조적 상전이 및 새로운 양자 상태에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 현재, 광장에 의해 구동되는 토폴로지 물질의 거시적 거동과 그 미시적 원자 구조 및 전자적 특성 사이의 관계가 연구 목표가 되었습니다.
토폴로지 물질의 광전 반응 거동은 미세한 전자 구조와 밀접한 관련이 있습니다. 위상학적 반금속의 경우 밴드 교차점 근처의 캐리어 여기는 시스템의 파동 함수 특성에 매우 민감합니다. 위상학적 반금속의 비선형 광학 현상에 대한 연구는 시스템의 여기 상태의 물리적 특성을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있으며 이러한 효과가 다음과 같은 제조에 사용될 수 있을 것으로 기대됩니다.광학 장치미래에 잠재적인 실용화 응용을 제공하는 태양전지의 설계. 예를 들어 Weyl 반금속에서 원형 편광의 광자를 흡수하면 스핀이 뒤집히고 각운동량 보존을 충족하기 위해 Weyl 원뿔 양쪽의 전자 여기가 비대칭으로 분포됩니다. 원형 편광의 전파 방향을 키랄 선택 규칙이라고 합니다(그림 1).
토폴로지 재료의 비선형 광학 현상에 대한 이론적 연구는 일반적으로 재료 바닥 상태 특성 계산과 대칭 분석을 결합하는 방법을 채택합니다. 그러나 이 방법에는 몇 가지 결함이 있습니다. 운동량 공간과 실제 공간에서 여기 캐리어의 실시간 동적 정보가 부족하고 시간 분해 실험 감지 방법과 직접 비교할 수 없습니다. 전자-포논과 광자-포논 사이의 결합은 고려할 수 없습니다. 그리고 이는 특정 단계 전환이 발생하는 데 중요합니다. 또한, 섭동 이론에 기초한 이러한 이론적 분석은 강한 빛장 하에서의 물리적 과정을 다룰 수 없습니다. 첫 번째 원리에 기초한 시간 의존 밀도 기능 분자 역학(TDDFT-MD) 시뮬레이션은 위의 문제를 해결할 수 있습니다.
최근 중국과학원 물리학연구소 표면물리학 국가핵심연구소 SF10 그룹의 연구원 Meng Sheng, 박사후 연구원 Guan Mengxue 및 박사과정 Wang En의 지도 하에 베이징 국립 농축물질 연구센터 Physics에서는 Beijing Institute of Technology의 Sun Jiatao 교수와 협력하여 자체 개발한 여기 상태 역학 시뮬레이션 소프트웨어 TDAP를 사용했습니다. 두 번째 종류의 Weyl 반금속 WTe2에서 초고속 레이저에 대한 준입자 여기의 응답 특성을 조사합니다.
Weyl 점 근처 캐리어의 선택적 여기는 원자 궤도 대칭 및 전이 선택 규칙에 의해 결정되며, 이는 키랄 여기에 대한 일반적인 스핀 선택 규칙과 다르며, 분극 방향을 변경하여 여기 경로를 제어할 수 있음이 나타났습니다. 선형 편광과 광자 에너지의 변화(그림 2).
캐리어의 비대칭 여기는 실제 공간에서 서로 다른 방향으로 광전류를 유도하며, 이는 시스템의 층간 슬립의 방향과 대칭에 영향을 미칩니다. Weyl 점의 수 및 운동량 공간의 분리 정도와 같은 WTe2의 토폴로지 특성은 시스템의 대칭에 크게 의존하기 때문에(그림 3), 캐리어의 비대칭 여기는 Weyl의 다른 동작을 초래합니다. 운동량 공간의 준입자와 그에 따른 시스템의 위상적 특성 변화. 따라서 이 연구는 광위상학적 위상 전이에 대한 명확한 위상 다이어그램을 제공합니다(그림 4).
결과는 Weyl 지점 근처의 캐리어 여기의 키랄성에 주목해야 하며 파동 함수의 원자 궤도 특성을 분석해야 함을 보여줍니다. 두 가지 효과는 유사하지만 메커니즘이 명백히 다르기 때문에 Weyl 점의 특이점을 설명하는 이론적 기초가 제공됩니다. 또한, 본 연구에서 채택한 계산 방법은 원자 및 전자 수준의 복잡한 상호작용과 역학적 거동을 초고속 시간 규모로 심층적으로 이해할 수 있으며, 이들의 미세물리적 메커니즘을 밝힐 수 있어 향후 연구에 강력한 도구가 될 것으로 기대됩니다. 토폴로지 재료의 비선형 광학 현상.
결과는 Nature Communications 저널에 실렸습니다. 이 연구 작업은 국가 핵심 연구 개발 계획, 국립 자연과학 재단, 중국과학원의 전략적 파일럿 프로젝트(범주 B)의 지원을 받습니다.
그림 1.a. 원형 편광 하에서 양의 키랄성 기호(χ=+1)를 갖는 Weyl 점에 대한 키랄성 선택 규칙. b의 Weyl 지점에서 원자 궤도 대칭으로 인한 선택적 여기. 온라인 편광에서 χ=+1
무화과. 2. a, Td-WTe2의 원자 구조 다이어그램; 비. 페르미 표면 근처의 밴드 구조; ( c ) Brillouin 영역의 높은 대칭선을 따라 분포 된 원자 궤도의 밴드 구조 및 상대적 기여. 화살표 (1)과 (2)는 각각 Weyl 지점 근처 또는 먼 곳의 여기를 나타냅니다. 디. 감마-X 방향을 따른 밴드 구조 증폭
도 3.ab: 결정의 A축과 B축을 따른 선형 편광 편광 방향의 상대적인 층간 이동과 해당 이동 모드가 도시되어 있습니다. C. 이론적 시뮬레이션과 실험적 관찰의 비교; de: 시스템의 대칭 진화와 kz=0 평면에서 가장 가까운 두 Weyl 점의 위치, 수 및 분리 정도
무화과. 4. 선형 편광 광자 에너지(?) Ω) 및 편광 방향(θ) 종속 위상 다이어그램에 대한 Td-WTe2의 광위학적 위상 전이
게시 시간: 2023년 9월 25일