Framfarleysir
Undanfarin ár hafa fræðilegar og tilraunakenndar rannsóknir á topologískum skammtastöðum og topological skammtaefni orðið heitt umræðuefni á sviði eðlisfræði þéttra efna. Sem nýtt hugtak um flokkun efnis er topological röð, eins og samhverf, grundvallaratriði í eðlisfræði þéttu efnis. Djúpur skilningur á topologskammtafasa, umbreytingar á skammtafasa og örvun margra hreyfanlegra þátta í skammtafasa. Í topological efnum gegnir tengingin milli margra frelsis, svo sem rafeinda, hljóðritana og snúnings, afgerandi hlutverk í skilningi og stjórnun efniseigna. Síðan er hægt að nota létt örvun til að greina á milli mismunandi milliverkana og vinna með ástand efnisins og síðan er hægt að fá upplýsingar um grundvallar eðlisfræðilega eiginleika efnisins, burðarvirkni og ný skammtaástand. Sem stendur hefur sambandið á milli fjölþjóðlegrar hegðunar á topological efnum sem rekin eru af ljósreitnum og smásjáreinkenni þeirra og rafrænum eiginleikum orðið rannsóknarmarkmið.
Hegðun ljósafræðilegra viðbragða topological efna er nátengd smásjá rafrænni uppbyggingu þess. Fyrir topological hálfmálma er örvun burðarefnisins nálægt gatnamótum bandsins mjög viðkvæm fyrir bylgjuaðgerðum kerfisins. Rannsóknin á ólínulegum sjónfyrirbærum í topological hálfmálmum getur hjálpað okkur að skilja betur eðlisfræðilega eiginleika spennandi ástands kerfisins og búist er við að hægt sé að nota þessi áhrif við framleiðslu ásjón tækiog hönnun sólarfrumna, sem veitir mögulega hagnýt forrit í framtíðinni. Til dæmis, í Weyl hálfmálmi, mun taka upp ljóseind með hringlaga skautaðri ljósi valda því að snúningurinn flettir og til að mæta varðveislu skriðþunga, verður rafeindaörvunin á báðum hliðum Weyl keilunnar Stefna hringlaga skautaða ljósútbreiðslu, sem er kölluð chiral valregla (mynd 1).
Fræðileg rannsókn á ólínulegum sjónfyrirbæri í landfræðilegum efnum samþykkir venjulega aðferðina til að sameina útreikning á eiginleikum á jörðu niðri og samhverfisgreining. Hins vegar hefur þessi aðferð nokkra galla: hún skortir rauntíma kraftmiklar upplýsingar spennandi flutningsaðila í skriðþungarými og raunverulegu rými og hún getur ekki komið beinum samanburði við tímabundna tilraunagreiningaraðferð. Ekki er hægt að íhuga tenginguna milli rafeindaspónóna og ljóseindafóna. Og þetta skiptir sköpum fyrir ákveðnar fasabreytingar. Að auki getur þessi fræðilega greining byggð á truflunarkenningu ekki tekist á við líkamlega ferla undir sterku ljóssviði. Tímabundin þéttleiki virkni sameindavirkni (TDDFTF-MD) uppgerð byggð á fyrstu meginreglum getur leyst ofangreind vandamál.
Nýlega, undir leiðsögn rannsóknarmannsins Meng Sheng, Postdoktorsrannsakandinn Guan Mengxue og doktorsnemi Wang en SF10 hópsins í Lykilrannsóknarstofu Surface Physics í Institute of Physics of the Chinese Academy of Sciences/Peking National Research Center fyrir einbeitt mál Eðlisfræði, í samvinnu við prófessor Sun Jiatao hjá Peking Institute of Technology, notuðu þeir sjálf-þróaða spennandi gangverki uppgerð hugbúnaðar TDAP. Viðbragðseinkenni örvunar Quastiparticle við öfgafullan leysir í annarri tegund Weyl hálfmálms WTE2 eru rannsökuð.
Sýnt hefur verið fram á að sértæk örvun burðarefna nálægt Weyl punktinum er ákvörðuð af atóm -svigrúm samhverfu og umbreytingarvalareglu, sem er frábrugðin venjulegri snúningsvalareglu fyrir chiral örvun og hægt er að stjórna örvunarleiðinni með því að breyta skautunarstefnunni af línulega skautaðri ljósi og ljóseindarorku (mynd 2).
Ósamhverf örvun burðarefna örvar ljósstrauma í mismunandi áttir í raunverulegu rými, sem hefur áhrif á stefnu og samhverfu millilögunar miðans á kerfinu. Þar sem topological eiginleikar WTE2, svo sem fjöldi Weyl punkta og aðgreiningarstig í skriðþunga rýminu, eru mjög háðir samhverfu kerfisins (mynd 3), mun ósamhverf örvun burðarefna leiða til mismunandi hegðunar Weyl Quastiparticles í skriðþungarýminu og samsvarandi breytingar á topological eiginleikum kerfisins. Þannig veitir rannsóknin skýra fasa skýringarmynd fyrir umbreytingar á ljósfræðilegum fasa (mynd 4).
Niðurstöðurnar sýna að gaum skal gaumgæfu burðarvirkni nálægt Weyl Point og greina ætti atóm svigrúms eiginleika bylgjuaðgerðarinnar. Áhrif þessara tveggja eru svipuð en gangverkið er augljóslega mismunandi, sem veitir fræðilegan grundvöll til að útskýra eintölu Weyl punkta. Að auki getur reikniaðferðin sem notuð er í þessari rannsókn skilið djúpt flókin samspil og kraftmikil hegðun á atóm og rafrænu stigum í ofurhraða tímakvarða, afhjúpað öreðlisfræðilega fyrirkomulag þeirra og er búist við að það verði öflugt tæki til framtíðarrannsókna á Ólínuleg sjónfyrirbæri í topological efnum.
Niðurstöðurnar eru í tímaritinu Nature Communications. Rannsóknarvinnan er studd af National Lykilrannsóknar- og þróunaráætluninni, National Natural Science Foundation og Strategic Pilot Project (flokkur B) kínversku vísindaakademíunnar.
Fig.1.A. Reglan um val á chirality fyrir Weyl punkta með jákvætt kviðmerki (χ =+1) undir hringlaga skautað ljós; Sértæk örvun vegna atóms svigrúms samhverfu á Weyl punkt b. χ =+1 í á netinu skautuðu ljósi
Fig. 2. Atómbyggingarmynd af A, TD-WTE2; b. Bandbyggingu nálægt Fermi yfirborðinu; (c) uppbygging band og hlutfallslegt framlag atóm sporbrautar sem dreift er með háum samhverfum línum á Brillouin svæðinu, örvarnar (1) og (2) tákna örvun nálægt eða langt frá WeyL punktum, hver um sig; D. Mögnun bandbyggingarinnar meðfram gamma-x áttinni
Fig.3.B: Hlutfallsleg hreyfing á línulega skautaðri ljósapolun meðfram A-ás og B-ás kristalsins og samsvarandi hreyfingarstilling er sýnd; C. Samanburður á milli fræðilegrar uppgerð og tilraunaathugunar; DE: Samhverf þróun kerfisins og staða, fjölda og aðskilnað tveggja næstu Weyl punkta í KZ = 0 planinu
Fig. 4.
Post Time: SEP-25-2023