によって制御されたweil quasiparticlesの超高速運動の研究で進歩がなされていますレーザー
近年、トポロジカル量子状態とトポロジカル量子材料に関する理論的および実験的研究は、凝縮物質物理学の分野でホットな話題になっています。物質分類の新しい概念として、対称性のようなトポロジー順は、凝縮物質物理学の基本的な概念です。トポロジーの深い理解は、の基本的な電子構造など、凝縮物質物理学の基本的な問題に関連しています量子相、量子相遷移と量子相における多くの固定化要素の励起。トポロジー材料では、電子、フォノン、スピンなどの多くの自由度の間の結合が、材料特性の理解と調節において決定的な役割を果たします。光の励起を使用して、異なる相互作用を区別し、物質の状態を操作し、材料の基本的な物理的特性、構造相遷移、および新しい量子状態に関する情報を取得できます。現在、光場によって駆動されるトポロジー材料の巨視的挙動とその微視的な原子構造と電子特性との関係は、研究目標となっています。
トポロジー材料の光電反応挙動は、その微視的な電子構造と密接に関連しています。トポロジーの半金属の場合、バンド交差点近くのキャリア励起は、システムの波動関数特性に非常に敏感です。トポロジー半金属の非線形光学現象の研究は、システムの励起状態の物理的特性をよりよく理解するのに役立ち、これらの効果はの製造に使用できると予想されます。光学デバイス太陽電池の設計は、将来的に潜在的な実用的なアプリケーションを提供します。たとえば、ワイル半金属では、円形偏光の光子を吸収すると、スピンがひっくり返ります。角運動量の保存を満たすために、ワイルコーンの両側の電子励起は、円形偏光の繁殖の方向に沿って非対称に分布します。
トポロジー材料の非線形光学現象の理論的研究は、通常、材料基底状態の特性と対称分析の計算を組み合わせる方法を採用しています。ただし、この方法にはいくつかの欠陥があります。運動量空間と実際の空間における励起キャリアのリアルタイム動的情報が欠けており、時間分解実験検出方法との直接的な比較を確立することはできません。電子フォノンとフォトンフォノンの間の結合は考慮できません。これは、特定の位相遷移が発生するために重要です。さらに、摂動理論に基づくこの理論的分析は、強い光場の下での物理的プロセスに対処することはできません。最初の原則に基づいた時間依存密度機能分子動力学（TDDFT-MD）シミュレーションは、上記の問題を解決できます。
最近、研究者のMeng Shengの指導の下で、ポスドク研究者のGuan Mengxue、およびSF10グループの博士課程学生Wang En Group of the State Key Laboratory of Physics of the Chinese Academy of the Chinese Academy of the Constartated Matter Matter Matterの研究センターの物理学研究所の表面物理学研究所の学生は、Sun jiatas emittived intitiveの協力を使用しました。ダイナミクスシミュレーションソフトウェアTDAP。 2種類のWeyl半金属WTE2における超高速レーザーに対するQuastiparticle励起の応答特性を調査します。
ワイルポイント近くのキャリアの選択的励起は、キラル励起の通常のスピン選択ルールとは異なる原子軌道対称性と遷移選択規則によって決定されることが示されており、その励起経路は線形偏光および光子エネルギーの偏光方向を変えることによって制御できます（図2）。
キャリアの非対称励起は、実際の空間で異なる方向に光電流を誘導し、システムの層間スリップの方向と対称性に影響します。 WEYLポイントの数や運動量空間での分離度などのWTE2のトポロジカル特性は、システムの対称性に大きく依存しているため（図3）、キャリアの非対称励起は、運動量空間におけるWeyl Quast粒子の異なる挙動と、システムのトポロジカル特性の対応する変化をもたらします。したがって、この研究では、光動態相遷移の明確な位相図を提供します（図4）。
結果は、ワイルポイント近くのキャリア励起のキラリティを注意し、波動関数の原子軌道特性を分析する必要があることを示しています。 2つの効果は類似していますが、メカニズムは明らかに異なり、Weylポイントの特異性を説明するための理論的根拠を提供します。さらに、この研究で採用された計算方法は、非常に高速な時間尺度で原子レベルおよび電子レベルでの複雑な相互作用と動的な動作を深く理解し、微物理的メカニズムを明らかにし、トポロジ材料の非線形光学現象に関する将来の研究のための強力なツールになると予想されます。
結果は、Nature Communications誌にあります。この研究作業は、中国科学アカデミーの国家主要な研究開発計画、国立自然科学財団、戦略パイロットプロジェクト（カテゴリーB）によってサポートされています。
図1.A.円形偏光の下で、ポジティブキラリティサイン（χ=+1）を備えたWeylポイントのキラリティ選択ルール。 bのweyl点での原子軌道対称による選択的励起。オンライン偏光光でχ=+1
イチジク。 2。A、TD-WTE2の原子構造図。 b。フェルミ表面近くのバンド構造。 （c）ブリルアン領域の高対称線に沿って分布した原子軌道のバンド構造と相対的寄与、矢印（1）および（2）は、それぞれワイルポイントの近くまたは遠く離れた励起を表しています。 d。ガンマX方向に沿ったバンド構造の増幅
図3.ab：結晶のA軸とB軸に沿った線形偏光偏光偏光方向の相対的な層間移動、および対応する動きモードを示します。 C.理論シミュレーションと実験的観察の比較。 DE：システムの対称進化と、KZ = 0平面で最も近い2つのWeylポイントの位置、数、および分離の程度
イチジク。 4。線形偏光光子エネルギー（？）ω）および偏光方向（θ）依存位相図のためのTD-WTE2における光下位相遷移
投稿時間：Sep-25-2023