लेजर द्वारा नियंत्रित वेल क्वासीपार्टिकल्स की अति तीव्र गति के अध्ययन में प्रगति हुई है।

वेल क्वासीपार्टिकल्स की अति तीव्र गति के अध्ययन में प्रगति हुई है, जो नियंत्रित होती है।पराबैंगनीकिरण

हाल के वर्षों में, टोपोलॉजिकल क्वांटम अवस्थाओं और टोपोलॉजिकल क्वांटम पदार्थों पर सैद्धांतिक और प्रायोगिक अनुसंधान संघनित पदार्थ भौतिकी के क्षेत्र में एक चर्चित विषय बन गया है। पदार्थ वर्गीकरण की एक नई अवधारणा के रूप में, समरूपता की तरह, टोपोलॉजिकल क्रम संघनित पदार्थ भौतिकी में एक मूलभूत अवधारणा है। टोपोलॉजी की गहरी समझ संघनित पदार्थ भौतिकी की मूलभूत समस्याओं से संबंधित है, जैसे कि बुनियादी इलेक्ट्रॉनिक संरचना।क्वांटम चरणक्वांटम अवस्था संक्रमण और क्वांटम अवस्थाओं में कई स्थिर तत्वों की उत्तेजना। टोपोलॉजिकल पदार्थों में, इलेक्ट्रॉन, फोनन और स्पिन जैसी कई स्वतंत्रता की डिग्री के बीच युग्मन, पदार्थ के गुणों को समझने और नियंत्रित करने में निर्णायक भूमिका निभाता है। प्रकाश उत्तेजना का उपयोग विभिन्न अंतःक्रियाओं में अंतर करने और पदार्थ की अवस्था को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है, और फिर पदार्थ के मूलभूत भौतिक गुणों, संरचनात्मक अवस्था संक्रमणों और नई क्वांटम अवस्थाओं के बारे में जानकारी प्राप्त की जा सकती है। वर्तमान में, प्रकाश क्षेत्र द्वारा संचालित टोपोलॉजिकल पदार्थों के स्थूल व्यवहार और उनकी सूक्ष्म परमाणु संरचना और इलेक्ट्रॉनिक गुणों के बीच संबंध एक शोध लक्ष्य बन गया है।

टोपोलॉजिकल पदार्थों का फोटोइलेक्ट्रिक प्रतिक्रिया व्यवहार उनकी सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक संरचना से घनिष्ठ रूप से संबंधित है। टोपोलॉजिकल सेमी-मेटल के लिए, बैंड प्रतिच्छेदन के निकट वाहक उत्तेजना प्रणाली की तरंग फ़ंक्शन विशेषताओं के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती है। टोपोलॉजिकल सेमी-मेटल में गैर-रेखीय प्रकाशीय घटनाओं का अध्ययन हमें प्रणाली की उत्तेजित अवस्थाओं के भौतिक गुणों को बेहतर ढंग से समझने में मदद कर सकता है, और यह उम्मीद की जाती है कि इन प्रभावों का उपयोग निर्माण में किया जा सकता है।ऑप्टिकल उपकरणऔर सौर कोशिकाओं का डिज़ाइन, जो भविष्य में संभावित व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी है। उदाहरण के लिए, एक वेइल अर्ध-धातु में, वृत्ताकार ध्रुवीकृत प्रकाश के एक फोटॉन को अवशोषित करने से स्पिन पलट जाता है, और कोणीय संवेग के संरक्षण को पूरा करने के लिए, वेइल शंकु के दोनों ओर इलेक्ट्रॉन उत्तेजना वृत्ताकार ध्रुवीकृत प्रकाश के प्रसार की दिशा में असममित रूप से वितरित हो जाती है, जिसे काइरल चयन नियम कहा जाता है (चित्र 1)।

टोपोलॉजिकल पदार्थों की गैर-रेखीय प्रकाशीय घटनाओं के सैद्धांतिक अध्ययन में आमतौर पर पदार्थ के मूल अवस्था गुणों की गणना और समरूपता विश्लेषण को संयोजित करने की विधि अपनाई जाती है। हालांकि, इस विधि में कुछ कमियां हैं: इसमें संवेग स्थान और वास्तविक स्थान में उत्तेजित वाहकों की वास्तविक समय की गतिशील जानकारी का अभाव है, और यह समय-समाधानित प्रायोगिक पहचान विधि के साथ प्रत्यक्ष तुलना स्थापित नहीं कर सकती है। इलेक्ट्रॉन-फोनन और फोटॉन-फोनन के बीच युग्मन पर विचार नहीं किया जा सकता है, जो कुछ चरण संक्रमणों के घटित होने के लिए महत्वपूर्ण है। इसके अतिरिक्त, विक्षोभ सिद्धांत पर आधारित यह सैद्धांतिक विश्लेषण प्रबल प्रकाश क्षेत्र के अंतर्गत भौतिक प्रक्रियाओं से निपटने में सक्षम नहीं है। प्रथम सिद्धांतों पर आधारित समय-निर्भर घनत्व कार्यात्मक आणविक गतिशीलता (टीडीडीएफटी-एमडी) सिमुलेशन उपरोक्त समस्याओं का समाधान कर सकता है।

हाल ही में, चीनी विज्ञान अकादमी के भौतिकी संस्थान/बीजिंग राष्ट्रीय सांद्रित पदार्थ भौतिकी अनुसंधान केंद्र के सतही भौतिकी राज्य प्रमुख प्रयोगशाला के SF10 समूह के शोधकर्ता मेंग शेंग, पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता गुआन मेंगक्स्यू और डॉक्टरेट छात्र वांग एन के मार्गदर्शन में, बीजिंग प्रौद्योगिकी संस्थान के प्रोफेसर सन जियाताओ के सहयोग से, उन्होंने स्व-विकसित उत्तेजित अवस्था गतिशीलता सिमुलेशन सॉफ्टवेयर TDAP का उपयोग करते हुए, दूसरे प्रकार के वेइल अर्धधातु WTe2 में अतितेज लेजर के प्रति अर्धकण उत्तेजना की प्रतिक्रिया विशेषताओं का अध्ययन किया।

यह दिखाया गया है कि वेइल बिंदु के पास वाहकों का चयनात्मक उत्तेजना परमाणु कक्षीय समरूपता और संक्रमण चयन नियम द्वारा निर्धारित होता है, जो काइरल उत्तेजना के लिए सामान्य स्पिन चयन नियम से अलग है, और इसके उत्तेजना पथ को रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश की ध्रुवीकरण दिशा और फोटॉन ऊर्जा को बदलकर नियंत्रित किया जा सकता है (चित्र 2)।

वाहकों का असममित उत्तेजन वास्तविक स्थान में विभिन्न दिशाओं में फोटोकरंट उत्पन्न करता है, जो सिस्टम के इंटरलेयर स्लिप की दिशा और समरूपता को प्रभावित करता है। चूंकि WTe2 के स्थलाकृतिक गुण, जैसे कि वेइल बिंदुओं की संख्या और संवेग स्थान में पृथक्करण की डिग्री, सिस्टम की समरूपता पर अत्यधिक निर्भर करते हैं (चित्र 3), वाहकों का असममित उत्तेजन संवेग स्थान में वेइल क्वास्टिपार्टिकल्स के विभिन्न व्यवहार और सिस्टम के स्थलाकृतिक गुणों में संबंधित परिवर्तन लाएगा। इस प्रकार, यह अध्ययन फोटोटोपोलॉजिकल चरण संक्रमणों के लिए एक स्पष्ट चरण आरेख प्रदान करता है (चित्र 4)।

परिणामों से पता चलता है कि वेइल बिंदु के निकट वाहक उत्तेजना की काइरालिटी पर ध्यान देना चाहिए और तरंग फलन के परमाणु कक्षीय गुणों का विश्लेषण किया जाना चाहिए। इन दोनों के प्रभाव समान हैं, लेकिन क्रियाविधि स्पष्ट रूप से भिन्न है, जो वेइल बिंदुओं की विलक्षणता की व्याख्या के लिए एक सैद्धांतिक आधार प्रदान करती है। इसके अतिरिक्त, इस अध्ययन में अपनाई गई कम्प्यूटेशनल विधि परमाणु और इलेक्ट्रॉनिक स्तरों पर जटिल अंतःक्रियाओं और गतिशील व्यवहारों को अत्यंत तीव्र समय पैमाने पर गहराई से समझने, उनकी सूक्ष्मभौतिक क्रियाविधियों को उजागर करने में सक्षम है और टोपोलॉजिकल पदार्थों में गैर-रेखीय प्रकाशीय घटनाओं पर भविष्य के अनुसंधान के लिए एक शक्तिशाली उपकरण साबित होने की उम्मीद है।

इस शोध के परिणाम नेचर कम्युनिकेशंस नामक पत्रिका में प्रकाशित हुए हैं। इस शोध कार्य को राष्ट्रीय प्रमुख अनुसंधान एवं विकास योजना, राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन और चीनी विज्ञान अकादमी की रणनीतिक पायलट परियोजना (श्रेणी बी) द्वारा समर्थित किया गया है।

चित्र 1.a. वृत्ताकार ध्रुवीकृत प्रकाश के अंतर्गत धनात्मक काइरालिटी चिह्न (χ=+1) वाले वेइल बिंदुओं के लिए काइरालिटी चयन नियम; बी. ऑन-लाइन ध्रुवीकृत प्रकाश में χ=+1 के वेइल बिंदु पर परमाणु कक्षीय समरूपता के कारण चयनात्मक उत्तेजना

चित्र 2. a. Td-WTe2 का परमाणु संरचना आरेख; b. फर्मी सतह के निकट बैंड संरचना; (c) ब्रिलौइन क्षेत्र में उच्च सममित रेखाओं के अनुदिश वितरित परमाणु कक्षीयों की बैंड संरचना और सापेक्ष योगदान, तीर (1) और (2) क्रमशः वेइल बिंदुओं के निकट या दूर उत्तेजना को दर्शाते हैं; d. गामा-X दिशा के अनुदिश बैंड संरचना का प्रवर्धन।

चित्र 3.ab: क्रिस्टल के A-अक्ष और B-अक्ष के अनुदिश रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश की ध्रुवीकरण दिशा की सापेक्ष अंतरपरत गति और संबंधित गति मोड को दर्शाया गया है; C. सैद्धांतिक सिमुलेशन और प्रायोगिक अवलोकन के बीच तुलना; de: प्रणाली का समरूपता विकास और kz=0 तल में दो निकटतम वेइल बिंदुओं की स्थिति, संख्या और पृथक्करण की डिग्री।

चित्र 4. रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश फोटॉन ऊर्जा (ω) और ध्रुवीकरण दिशा (θ) पर निर्भर चरण आरेख के लिए Td-WTe2 में फोटोटोपोलॉजिकल चरण संक्रमण।