によって制御されるヴェイユ準粒子の超高速運動の研究は進歩した。レーザー
近年、物性物理学の分野では、トポロジカル量子状態やトポロジカル量子物質に関する理論的・実験的研究が注目を集めています。物質分類の新しい概念であるトポロジカル秩序は、対称性と同様、物性物理学の基本概念です。トポロジーの深い理解は、物体の基本的な電子構造など、物性物理学の基本的な問題に関連しています。量子相、量子相転移と量子相における多くの固定化元素の励起。トポロジカル材料では、電子、フォノン、スピンなどの多くの自由度間の結合が、材料特性の理解と制御に決定的な役割を果たします。光励起を使用して、さまざまな相互作用を区別し、物質の状態を操作することができ、物質の基本的な物理的特性、構造相転移、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、ライトフィールドによって駆動されるトポロジカル材料の巨視的挙動と、その微視的な原子構造および電子特性との関係が研究目標となっている。
トポロジカル材料の光電応答挙動は、その微視的な電子構造と密接に関連しています。トポロジカル半金属の場合、バンド交差付近のキャリア励起は系の波動関数特性に非常に敏感です。トポロジカル半金属における非線形光学現象の研究は、系の励起状態の物理的特性をより深く理解するのに役立ち、これらの効果を製造に使用できることが期待されています。光学デバイス太陽電池の設計、将来の実用化の可能性を提供します。たとえば、ワイル半金属では、円偏光の光子を吸収するとスピンが反転し、角運動量の保存を満たすために、ワイル円錐の両側の電子励起が非対称に分布します。円偏光の伝播方向。これはキラル選択則と呼ばれます (図 1)。
トポロジカル材料の非線形光学現象の理論的研究には、通常、材料の基底状態特性の計算と対称性解析を組み合わせた方法が採用されます。しかし、この方法にはいくつかの欠点があります。運動量空間および実空間における励起キャリアのリアルタイムの動的情報が欠如しており、時間分解実験的検出方法との直接の比較を確立することができません。電子-フォノンと光子-フォノン間の結合は考慮できません。そしてこれは、特定の相転移が起こるために非常に重要です。さらに、この摂動理論に基づく理論解析では、強い光場下での物理過程を扱うことができません。第一原理に基づく時間依存密度関数分子動力学 (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、中国科学院物理研究所/北京国立濃縮物質研究センター表面物理学国家重点研究所SF10グループの研究員Meng Sheng、博士研究員Guan Mengxue、博士課程学生Wang Enの指導の下、物理学では、北京工業大学のSun Jiatao教授と共同で、自社開発した励起状態ダイナミクスシミュレーションソフトウェアTDAPを使用した。第二種ワイル半金属WTe2における超高速レーザに対する準粒子励起の応答特性を調べた。
ワイル点付近のキャリアの選択励起は、通常のキラル励起のスピン選択則とは異なる原子軌道の対称性と遷移選択則によって決まり、その励起経路は偏光方向を変えることで制御できることが示されています。直線偏光と光子エネルギーの関係（図２）。
キャリアの非対称励起は実空間のさまざまな方向に光電流を誘発し、これが系の層間滑りの方向と対称性に影響を与えます。ワイル点の数や運動量空間の分離度などの WTe2 のトポロジカル特性は系の対称性に大きく依存するため (図 3)、キャリアの非対称励起はワイルの異なる挙動を引き起こすでしょう。運動量空間内の準粒子と、それに対応する系のトポロジカル特性の変化。したがって、この研究は、光トポロジカル相転移の明確な状態図を提供します (図 4)。
結果は,ワイル点付近のキャリア励起のカイラリティーに注目し,波動関数の原子軌道特性を解析する必要があることを示した。 2 つの効果は似ていますが、メカニズムは明らかに異なり、ワイル点の特異点を説明するための理論的根拠となります。また、本研究で採用した計算手法は、原子・電子レベルでの複雑な相互作用や力学的な挙動を超高速な時間スケールで深く理解し、その微小物理メカニズムを解明することができ、今後の宇宙科学研究の強力なツールとなることが期待されます。トポロジカル物質における非線形光学現象。
結果はNature Communications誌に掲載される。この研究活動は、国家重点研究開発計画、国家自然科学財団、および中国科学院の戦略的パイロット プロジェクト (カテゴリー B) によって支援されています。
図1.a。ワイル点のキラリティー選択規則は、円偏光下で正のキラリティー符号 (χ=+1) を持ちます。 bのワイル点における原子軌道対称性による選択励起。オンライン偏光ではχ=+1
イチジク。 Td-WTe2の原子構造図、３． b.フェルミ面付近のバンド構造。 (c) バンド構造とブリルアン領域の高い対称線に沿って分布する原子軌道の相対的な寄与。矢印 (1) と (2) はそれぞれワイル点に近いまたはワイル点から遠い励起を表します。 d.ガンマ X 方向に沿ったバンド構造の増幅
図３ａｂ：結晶のＡ軸およびＢ軸に沿った直線偏光の偏光方向の相対的な層間移動と、対応する移動モードを示す。 C. 理論的シミュレーションと実験的観察の比較。 de: 系の対称性の発展と、kz=0 平面内の 2 つの最も近いワイル点の位置、数、分離度
イチジク。 4. 直線偏光光子エネルギー (?) ω) と偏光方向 (θ) に依存する Td-WTe2 のフォトトポロジカル相転移
投稿日時: 2023 年 9 月 25 日