Adunay nahimo nga pag-uswag sa pagtuon sa ultrafast nga paglihok sa mga Weil quasiparticle nga gikontrol sa mga laser.

Adunay nahimo nga pag-uswag sa pagtuon sa ultrafast nga paglihok sa mga Weil quasiparticle nga gikontrol samga laser

Sa bag-ohay nga mga tuig, ang teoretikal ug eksperimental nga panukiduki sa mga topological quantum states ug topological quantum materials nahimong init nga hilisgutan sa natad sa condensed matter physics. Isip usa ka bag-ong konsepto sa klasipikasyon sa matter, ang topological order, sama sa symmetry, usa ka sukaranan nga konsepto sa condensed matter physics. Ang lawom nga pagsabot sa topology nalangkit sa mga batakang problema sa condensed matter physics, sama sa sukaranan nga electronic structure samga hugna sa kwantum, mga transisyon sa quantum phase ug excitation sa daghang mga elemento nga dili molihok sa mga quantum phase. Sa mga topological nga materyales, ang pagkabit tali sa daghang mga degree sa kagawasan, sama sa mga electron, phonon ug spin, adunay hinungdanon nga papel sa pagsabot ug pag-regulate sa mga kabtangan sa materyal. Ang light excitation magamit aron mailhan ang lainlaing mga interaksyon ug manipulahon ang kahimtang sa butang, ug ang impormasyon bahin sa sukaranan nga pisikal nga mga kabtangan sa materyal, mga transisyon sa istruktura sa hugna, ug bag-ong mga estado sa quantum makuha dayon. Sa pagkakaron, ang relasyon tali sa macroscopic nga pamatasan sa mga topological nga materyales nga gimaneho sa light field ug ang ilang mikroskopikong istruktura sa atomiko ug mga kabtangan sa elektroniko nahimo nang usa ka katuyoan sa panukiduki.

Ang kinaiya sa photoelectric response sa mga topological nga materyales suod nga nalambigit sa mikroskopikong elektronik nga istruktura niini. Para sa mga topological semi-metal, ang carrier excitation duol sa band intersection sensitibo kaayo sa mga kinaiya sa wave function sa sistema. Ang pagtuon sa nonlinear optical phenomena sa mga topological semi-metal makatabang kanato nga mas masabtan ang pisikal nga mga kabtangan sa mga excited states sa sistema, ug gilauman nga kini nga mga epekto magamit sa paghimo samga aparatong optikalug ang disenyo sa mga solar cell, nga naghatag ug potensyal nga praktikal nga aplikasyon sa umaabot. Pananglitan, sa usa ka Weyl semi-metal, ang pagsuhop sa usa ka photon sa circularly polarized nga kahayag hinungdan sa pag-twist sa spin, ug aron matuman ang conservation sa angular momentum, ang electron excitation sa duha ka kilid sa Weyl cone dili simetriko nga giapod-apod subay sa direksyon sa circularly polarized nga pagkaylap sa kahayag, nga gitawag nga chiral selection rule (Figure 1).

Ang teoretikal nga pagtuon sa nonlinear optical phenomena sa mga topological nga materyales kasagaran nagsagop sa pamaagi sa paghiusa sa kalkulasyon sa mga kabtangan sa ground state sa materyal ug pag-analisa sa symmetry. Bisan pa, kini nga pamaagi adunay pipila ka mga depekto: kulang kini sa real-time dynamic nga impormasyon sa mga excited carrier sa momentum space ug real space, ug dili kini makatukod og direkta nga pagtandi sa time-resolved experimental detection method. Ang coupling tali sa electron-phonons ug photon-phonons dili makonsiderar. Ug kini hinungdanon aron mahitabo ang pipila ka phase transitions. Dugang pa, kini nga teoretikal nga pag-analisa nga gibase sa perturbation theory dili makaatubang sa pisikal nga mga proseso ubos sa kusog nga light field. Ang time-dependent density functional molecular dynamics (TDDFT-MD) simulation nga gibase sa unang mga prinsipyo makasulbad sa mga problema sa ibabaw.

Bag-ohay lang, ubos sa paggiya sa tigdukiduki nga si Meng Sheng, ang postdoctoral researcher nga si Guan Mengxue ug ang doctoral student nga si Wang En sa SF10 Group sa State Key Laboratory of Surface Physics sa Institute of Physics sa Chinese Academy of Sciences/Beijing National Research Center for Concentrated Matter Physics, sa pakigtambayayong kang Propesor Sun Jiatao sa Beijing Institute of Technology, ilang gigamit ang self-developed excited state dynamics simulation software nga TDAP. Gisusi ang mga kinaiya sa tubag sa quastiparticle excitation ngadto sa ultrafast laser sa ikaduhang klase sa Weyl semi-metal WTe2.

Gipakita nga ang selective excitation sa mga carrier duol sa Weyl point gitino pinaagi sa atomic orbital symmetry ug transition selection rule, nga lahi sa naandan nga spin selection rule para sa chiral excitation, ug ang excitation path niini makontrol pinaagi sa pag-usab sa polarization direction sa linearly polarized light ug photon energy (FIG. 2).

Ang asymmetric excitation sa mga carrier mo-induce og photocurrents sa lain-laing direksyon sa tinuod nga espasyo, nga makaapekto sa direksyon ug symmetry sa interlayer slip sa sistema. Tungod kay ang topological properties sa WTe2, sama sa gidaghanon sa Weyl points ug ang degree sa separation sa momentum space, nagdepende pag-ayo sa symmetry sa sistema (Figure 3), ang asymmetric excitation sa mga carrier moresulta sa lain-laing behavior sa Weyl quastiparticles sa momentum space ug katugbang nga mga pagbag-o sa topological properties sa sistema. Busa, ang pagtuon naghatag og klaro nga phase diagram para sa phototopological phase transitions (Figure 4).

Ang mga resulta nagpakita nga ang chirality sa carrier excitation duol sa Weyl point kinahanglan hatagan ug pagtagad, ug ang atomic orbital properties sa wave function kinahanglan analisahon. Ang mga epekto sa duha managsama apan ang mekanismo klaro nga managlahi, nga naghatag ug teoretikal nga basehan sa pagpasabut sa singularity sa Weyl points. Dugang pa, ang computational method nga gisagop niini nga pagtuon makasabut pag-ayo sa komplikado nga mga interaksyon ug dinamikal nga mga pamatasan sa atomic ug electronic levels sa usa ka super-fast time scale, magpadayag sa ilang microphysical mechanisms, ug gilauman nga mahimong usa ka gamhanan nga himan alang sa umaabot nga panukiduki sa nonlinear optical phenomena sa mga topological nga materyales.

Ang mga resulta anaa sa journal nga Nature Communications. Ang panukiduki gisuportahan sa National Key Research and Development Plan, sa National Natural Science Foundation ug sa Strategic Pilot Project (Category B) sa Chinese Academy of Sciences.

FIG.1.a. Ang lagda sa pagpili sa chirality para sa mga punto sa Weyl nga adunay positibo nga timaan sa chirality (χ=+1) ubos sa sirkular nga polarized nga kahayag; Pinili nga pagpukaw tungod sa atomic orbital symmetry sa punto sa Weyl sa b. χ=+1 sa on-line nga polarized nga kahayag

FIG. 2. Diagram sa istruktura sa atomo sa a, Td-WTe2; b. Istruktura sa banda duol sa nawong sa Fermi; (c) Istruktura sa banda ug relatibong kontribusyon sa mga orbital sa atomo nga giapod-apod ubay sa taas nga simetriko nga mga linya sa rehiyon sa Brillouin, ang mga pana (1) ug (2) nagrepresentar sa eksitasi nga duol o layo gikan sa mga punto sa Weyl, matag usa; d. Pagpadako sa istruktura sa banda ubay sa direksyon sa Gamma-X

FIG.3.ab: Ang relatibong paglihok sa interlayer sa linearly polarized light polarization direction subay sa A-axis ug B-axis sa kristal, ug ang katugbang nga movement mode gipakita; C. Pagtandi tali sa theoretical simulation ug experimental observation; de: Symmetry evolution sa sistema ug ang posisyon, gidaghanon ug degree sa separation sa duha ka pinakaduol nga Weyl points sa kz=0 plane.

FIG. 4. Phototopological phase transition sa Td-WTe2 para sa linearly polarized light photon energy (?) ω) ug polarization direction (θ) dependent phase diagram