लेज़रों द्वारा नियंत्रित वेइल क्वासिपार्टिकल्स के अल्ट्राफास्ट मोशन के अध्ययन में प्रगति की गई है

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हाल के वर्षों में, टोपोलॉजिकल क्वांटम राज्यों और टोपोलॉजिकल क्वांटम सामग्री पर सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक अनुसंधान संघनित पदार्थ भौतिकी के क्षेत्र में एक गर्म विषय बन गया है। पदार्थ वर्गीकरण की एक नई अवधारणा के रूप में, समरूपता की तरह टोपोलॉजिकल ऑर्डर, संघनित पदार्थ भौतिकी में एक मौलिक अवधारणा है। टोपोलॉजी की गहरी समझ संघनित पदार्थ भौतिकी में बुनियादी समस्याओं से संबंधित है, जैसे कि मूल इलेक्ट्रॉनिक संरचनाक्वांटम चरण, क्वांटम चरण संक्रमण और क्वांटम चरणों में कई स्थिर तत्वों के उत्तेजना। टोपोलॉजिकल सामग्रियों में, स्वतंत्रता के कई डिग्री के बीच युग्मन, जैसे कि इलेक्ट्रॉनों, फोनन और स्पिन, भौतिक गुणों को समझने और विनियमित करने में एक निर्णायक भूमिका निभाता है। प्रकाश उत्तेजना का उपयोग विभिन्न बातचीत के बीच अंतर करने और पदार्थ की स्थिति में हेरफेर करने के लिए किया जा सकता है, और सामग्री के बुनियादी भौतिक गुणों, संरचनात्मक चरण संक्रमणों और नए क्वांटम राज्यों के बारे में जानकारी प्राप्त की जा सकती है। वर्तमान में, प्रकाश क्षेत्र और उनके सूक्ष्म परमाणु संरचना और इलेक्ट्रॉनिक गुणों द्वारा संचालित टोपोलॉजिकल सामग्री के मैक्रोस्कोपिक व्यवहार के बीच संबंध एक शोध लक्ष्य बन गया है।

टोपोलॉजिकल सामग्री का फोटोइलेक्ट्रिक प्रतिक्रिया व्यवहार इसकी सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक संरचना से निकटता से संबंधित है। टोपोलॉजिकल अर्ध-धातुओं के लिए, बैंड चौराहे के पास वाहक उत्तेजना सिस्टम के तरंग फ़ंक्शन विशेषताओं के लिए अत्यधिक संवेदनशील है। टोपोलॉजिकल अर्ध-धातुओं में nonlinear ऑप्टिकल घटनाओं का अध्ययन हमें सिस्टम के उत्साहित राज्यों 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 हैऑप्टिकल उपकरणऔर सौर कोशिकाओं का डिजाइन, भविष्य में संभावित व्यावहारिक अनुप्रयोग प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, एक वेइल अर्ध-धातु में, परिपत्र ध्रुवीकृत प्रकाश के एक फोटॉन को अवशोषित करने से स्पिन को फ्लिप करने का कारण होगा, और कोणीय गति के संरक्षण को पूरा करने के लिए, वेइल शंकु के दोनों किनारों पर इलेक्ट्रॉन उत्तेजना को सर्कुलर रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश प्रसार की दिशा में असममित रूप से वितरित किया जाएगा, जिसे चिरल चयन नियम कहा जाता है।

टोपोलॉजिकल सामग्रियों के nonlinear ऑप्टिकल घटनाओं का सैद्धांतिक अध्ययन आमतौर पर सामग्री जमीनी राज्य गुणों और समरूपता विश्लेषण की गणना के संयोजन की विधि को अपनाता है। हालांकि, इस पद्धति में कुछ दोष हैं: इसमें गति और वास्तविक स्थान में उत्साहित वाहक की वास्तविक समय की गतिशील जानकारी का अभाव है, और यह समय-हल किए गए प्रयोगात्मक पहचान विधि के साथ एक प्रत्यक्ष तुलना स्थापित नहीं कर सकता है। इलेक्ट्रॉन-फॉनन और फोटॉन-फॉनन के बीच युग्मन पर विचार नहीं किया जा सकता है। और यह कुछ चरण संक्रमणों के होने के लिए महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, गड़बड़ी सिद्धांत पर आधारित यह सैद्धांतिक विश्लेषण मजबूत प्रकाश क्षेत्र के तहत शारीरिक प्रक्रियाओं से निपट नहीं सकता है। समय-निर्भर घनत्व कार्यात्मक आणविक गतिशीलता (TDDFT-MD) सिमुलेशन पहले सिद्धांतों के आधार पर उपरोक्त समस्याओं को हल कर सकता है।

हाल ही में, शोधकर्ता मेंग शेंग के मार्गदर्शन में, पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता गुआन मेंगक्सू और डॉक्टोरल स्टूडेंट वांग एन ऑफ द एसएफ 10 समूह के स्टेट कीटरी लेबोरेटरी ऑफ़ द सर्फेस फिजिक्स ऑफ चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज/बीजिंग नेशनल रिसर्च सेंटर फॉर कंसर्टेड मैटर-डेस्ट्रॉफ़्ट ऑफ़ द बीज़िंग इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी ऑफ़ बीज़िंग इंस्टीटल Tdap। दूसरे प्रकार के वेइल सेमी-मेटल डब्ल्यूटीई 2 में अल्ट्राफास्ट लेजर के लिए क्वास्टिपार्टिकल उत्तेजना की प्रतिक्रिया विशेषताओं की जांच की जाती है।

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

वाहक की असममित उत्तेजना वास्तविक स्थान में अलग -अलग दिशाओं में फोटोक्रेन्ट्स को प्रेरित करती है, जो सिस्टम की इंटरलेयर स्लिप की दिशा और समरूपता को प्रभावित करती है। चूंकि WTE2 के टोपोलॉजिकल गुण, जैसे कि वेइल बिंदुओं की संख्या और गति की जगह में पृथक्करण की डिग्री, सिस्टम की समरूपता (चित्रा 3) पर अत्यधिक निर्भर हैं, वाहक के असममित उत्तेजना गति के स्थान में वेइल क्वैस्टिप्टिकल्स के विभिन्न व्यवहार और सिस्टम के सामयिक गुणों में संगत परिवर्तन लाएगी। इस प्रकार, अध्ययन फोटोटोपोलॉजिकल चरण संक्रमण (चित्रा 4) के लिए एक स्पष्ट चरण आरेख प्रदान करता है।

परिणाम बताते हैं कि वेइल पॉइंट के पास वाहक उत्तेजना की चिरता पर ध्यान दिया जाना चाहिए, और वेव फ़ंक्शन के परमाणु कक्षीय गुणों का विश्लेषण किया जाना चाहिए। दोनों के प्रभाव समान हैं, लेकिन तंत्र स्पष्ट रूप से अलग है, जो वेइल बिंदुओं की विलक्षणता को समझाने के लिए एक सैद्धांतिक आधार प्रदान करता है। इसके अलावा, इस अध्ययन में अपनाई गई कम्प्यूटेशनल विधि सुपर-फास्ट टाइम पैमाने में परमाणु और इलेक्ट्रॉनिक स्तरों पर जटिल बातचीत और गतिशील व्यवहारों को गहराई से समझ सकती है, उनके माइक्रोफिजिकल तंत्र को प्रकट कर सकती है, और टॉपोलॉजिकल मटीरियल में नॉनलाइनर ऑप्टिकल घटना पर भविष्य के शोध के लिए एक शक्तिशाली उपकरण होने की उम्मीद है।

परिणाम जर्नल नेचर कम्युनिकेशंस में हैं। अनुसंधान कार्य नेशनल की रिसर्च एंड डेवलपमेंट प्लान, नेशनल नेचुरल साइंस फाउंडेशन और चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के रणनीतिक पायलट प्रोजेक्ट (श्रेणी बी) द्वारा समर्थित है।

Fig.1.a. गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश के तहत सकारात्मक चिरलिटी साइन (χ =+1) के साथ वेइल बिंदुओं के लिए चिरालिटी चयन नियम; बी के वेइल बिंदु पर परमाणु कक्षीय समरूपता के कारण चयनात्मक उत्तेजना। ऑन-लाइन ध्रुवीकृत प्रकाश में χ =+1

अंजीर। 2। ए, टीडी-डब्ल्यूटीई 2 का परमाणु संरचना आरेख; बी। फ़र्मी सतह के पास बैंड संरचना; (सी) बैंड संरचना और परमाणु ऑर्बिटल्स के सापेक्ष योगदान, ब्रिलोइन क्षेत्र में उच्च सममित रेखाओं के साथ वितरित, तीर (1) और (2) क्रमशः वेइल बिंदुओं से निकट या दूर के उत्तेजना का प्रतिनिधित्व करते हैं; डी। गामा-एक्स दिशा के साथ बैंड संरचना का प्रवर्धन

Fig.3.ab: क्रिस्टल के ए-अक्ष और बी-अक्ष के साथ रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश ध्रुवीकरण दिशा के सापेक्ष इंटरलेयर आंदोलन, और इसी आंदोलन मोड को सचित्र है; सी। सैद्धांतिक सिमुलेशन और प्रयोगात्मक अवलोकन के बीच तुलना; DE: सिस्टम की समरूपता विकास और KZ = 0 विमान में दो निकटतम वेइल बिंदुओं के पृथक्करण की स्थिति, संख्या और डिग्री

अंजीर। 4। रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश फोटॉन ऊर्जा (?)) के लिए TD-WTE2 में फोटोटोपोलॉजिकल चरण संक्रमण और ध्रुवीकरण दिशा (θ) आश्रित चरण आरेख