Framfarir hafa orðið í rannsóknum á ofurhröðum hreyfingum Weil-kvasíögna sem stjórnað er afleysir
Á undanförnum árum hafa fræðilegar og tilraunakenndar rannsóknir á rúmfræðilegum skammtaástandi og rúmfræðilegum skammtaefnum orðið vinsælt umræðuefni á sviði þéttefnisfræði. Sem nýtt hugtak um flokkun efnis er rúmfræðileg röð, líkt og samhverfa, grundvallarhugtak í þéttefnisfræði. Djúp skilningur á rúmfræði tengist grunnvandamálum í þéttefnisfræði, svo sem grunn rafeindabygginguskammtafræðileg fasar, skammtafasaumskipti og örvun margra kyrrstæðra frumefna í skammtafasa. Í rúmfræðilegum efnum gegnir tengingin milli margra frígráðu, svo sem rafeinda, fonona og spuna, lykilhlutverki í að skilja og stjórna efniseiginleikum. Ljósörvun er hægt að nota til að greina á milli mismunandi víxlverkana og stjórna ástandi efnisins, og þá er hægt að fá upplýsingar um grunn eðliseiginleika efnisins, byggingarfasaumskipti og ný skammtaástand. Eins og er hefur sambandið milli makróskópskrar hegðunar rúmfræðilegra efna sem knúin eru áfram af ljóssviði og smásæju atómbyggingu þeirra og rafeindaeiginleika orðið rannsóknarmarkmið.
Ljósvirknisviðbrögð rúmfræðilegra efna eru nátengd smásjárlegri rafeindabyggingu þeirra. Fyrir rúmfræðilega hálfmálma er örvun burðarbylgjunnar nálægt bandskurðpunktinum mjög næm fyrir bylgjufallseiginleikum kerfisins. Rannsóknir á ólínulegum ljósfræðilegum fyrirbærum í rúmfræðilegum hálfmálmum geta hjálpað okkur að skilja betur eðliseiginleika örvuðu ástanda kerfisins og búist er við að þessi áhrif geti nýst við framleiðslu á...sjóntækiog hönnun sólarsella, sem býður upp á möguleg hagnýt notkunarsvið í framtíðinni. Til dæmis, í Weyl hálfmálmi, mun gleypa ljóseind af hringlaga skautuðu ljósi valda því að snúningurinn snýst við, og til að uppfylla varðveislu hornmómentans verður rafeindaörvunin beggja vegna Weyl keilunnar ósamhverf dreifð eftir stefnu hringlaga skautaða ljóssins, sem kallast kíralvalsreglan (Mynd 1).
Fræðilegar rannsóknir á ólínulegum sjónrænum fyrirbærum í rúmfræðilegum efnum nota venjulega þá aðferð að sameina útreikning á grunnástandi efnisins og samhverfugreiningu. Þessi aðferð hefur þó nokkra galla: hana skortir rauntímaupplýsingar um örvuð flutningsbifreiðar í skriðþungarúmi og raunrúmi og hún getur ekki komið á beinum samanburði við tímabundna tilraunagreiningaraðferð. Ekki er hægt að taka tillit til tengingarinnar milli rafeinda-fonóna og ljóseinda-fonóna. Og þetta er mikilvægt til að ákveðnar fasabreytingar eigi sér stað. Að auki getur þessi fræðilega greining, byggð á truflunarkenningu, ekki fjallað um eðlisfræðileg ferli undir sterku ljóssviði. Tímaháð þéttleikafalls-sameindahreyfifræðihermun (TDDFT-MD) byggð á grunnreglum getur leyst ofangreind vandamál.
Nýlega, undir handleiðslu rannsakandans Meng Sheng, nýdoktorsrannsakandans Guan Mengxue og doktorsnemans Wang En frá SF10 hópnum í State Key Laboratory of Surface Physics við Eðlisfræðistofnun Kínversku vísindaakademíunnar/Peking National Research Center for Concentrated Matter Physics, í samstarfi við prófessor Sun Jiatao við Tækniháskólann í Peking, notuðu þau sjálfþróaða hugbúnaðinn TDAP fyrir hermun á örvuðu ástandi. Svörunareiginleikar örvunar fjóragna við ofurhröðum leysigeisla í annarri gerð Weyl hálfmálmsins WTe2 eru rannsakaðir.
Það hefur verið sýnt fram á að sértæk örvun burðarbylgna nálægt Weyl-punktinum er ákvörðuð af atómsvigrúmssamhverfu og umskiptavalsreglu, sem er frábrugðin hefðbundinni spunavalsreglu fyrir kíral örvun, og örvunarleið hennar er hægt að stjórna með því að breyta pólunarstefnu línulega skautaðs ljóss og ljóseindaorku (Mynd 2).
Ósamhverf örvun flutningsaðila veldur ljósstraumum í mismunandi áttir í raunrými, sem hefur áhrif á stefnu og samhverfu millilaga rennslis kerfisins. Þar sem rúmfræðilegir eiginleikar WTe2, svo sem fjöldi Weyl-punkta og aðskilnaðarstig í skriðþungarýminu, eru mjög háðir samhverfu kerfisins (Mynd 3), mun ósamhverf örvun flutningsaðila leiða til mismunandi hegðunar Weyl-kvaðninga í skriðþungarýminu og samsvarandi breytinga á rúmfræðilegum eiginleikum kerfisins. Þannig veitir rannsóknin skýrt fasarit fyrir ljósfræðilegar fasabreytingar (Mynd 4).
Niðurstöðurnar sýna að huga ætti að kíralíu örvunar burðarbylgju nálægt Weyl-punkti og greina eiginleika atómsvigrúms bylgjufallsins. Áhrif þessara tveggja eru svipuð en aðferðin er augljóslega ólík, sem veitir fræðilegan grunn til að útskýra eintölu Weyl-punkta. Að auki getur reikniaðferðin sem notuð var í þessari rannsókn skilið djúpt flókin víxlverkun og hreyfifræðilega hegðun á atóm- og rafeindastigi á afar hröðum tímakvarða, afhjúpað öreðlisfræðilega aðferðir þeirra og er búist við að hún verði öflugt tæki fyrir framtíðarrannsóknir á ólínulegum sjónrænum fyrirbærum í rúmfræðilegum efnum.
Niðurstöðurnar eru birtar í tímaritinu Nature Communications. Rannsóknarvinnan er studd af National Key Research and Development Plan, National Natural Science Foundation og Strategic Pilot Project (flokkur B) Kínversku vísindaakademíunnar.
MYND 1.a. Regla um kíralísk val fyrir Weyl-punkta með jákvætt kíralískt form (χ=+1) undir hringlaga skautuðu ljósi; Sértæk örvun vegna atómsvigrúmssamhverfu við Weyl-punkt b. χ=+1 í rafrænu skautuðu ljósi
MYND 2. Atómbyggingarmynd af a, Td-WTe2; b. Bandbyggingu nálægt Fermi-yfirborði; (c) Bandbyggingu og hlutfallslegt framlag atómsvigrúma dreifð eftir háum samhverfum línum í Brillouin-svæðinu, örvar (1) og (2) tákna örvun nálægt eða fjarri Weyl-punktum, talið í sömu röð; d. Mögun bandbyggingar eftir Gamma-X stefnu
MYND 3.ab: Hlutfallsleg hreyfing milli laga línulega skautaðs ljóss í skautunarstefnu eftir A-ás og B-ás kristalsins, og samsvarandi hreyfingarháttur er sýndur; C. Samanburður á fræðilegri hermun og tilraunaathugunum; de: Samhverfuþróun kerfisins og staðsetning, fjöldi og aðskilnaðarstig tveggja næstliggjandi Weyl-punkta í kz=0 planinu
MYND 4. Ljósfræðileg fasabreyting í Td-WTe2 fyrir línulega skautaða ljósfótónorku (?) ω) og skautunarstefnu (θ) háða fasarit
Birtingartími: 25. september 2023