द्वारे नियंत्रित केलेल्या वेइल क्वासीपार्टिकल्सच्या अल्ट्राफास्ट गतीच्या अभ्यासात प्रगती झाली आहेलेसर
अलिकडच्या वर्षांत, घनरूप पदार्थ भौतिकशास्त्राच्या क्षेत्रात टोपोलॉजिकल क्वांटम अवस्था आणि टोपोलॉजिकल क्वांटम मटेरियलवरील सैद्धांतिक आणि प्रायोगिक संशोधन हा एक चर्चेचा विषय बनला आहे. पदार्थ वर्गीकरणाची एक नवीन संकल्पना म्हणून, सममितीप्रमाणे टोपोलॉजिकल ऑर्डर ही घनरूप पदार्थ भौतिकशास्त्रातील एक मूलभूत संकल्पना आहे. टोपोलॉजीची सखोल समज घनरूप पदार्थ भौतिकशास्त्रातील मूलभूत समस्यांशी संबंधित आहे, जसे की मूलभूत इलेक्ट्रॉनिक रचना.क्वांटम फेज, क्वांटम फेज संक्रमण आणि क्वांटम फेजमध्ये अनेक स्थिर घटकांचे उत्तेजन. टोपोलॉजिकल पदार्थांमध्ये, इलेक्ट्रॉन, फोनॉन आणि स्पिन सारख्या अनेक अंशांच्या स्वातंत्र्यामधील जोडणी, भौतिक गुणधर्म समजून घेण्यात आणि नियंत्रित करण्यात निर्णायक भूमिका बजावते. प्रकाश उत्तेजनाचा वापर वेगवेगळ्या परस्परसंवादांमध्ये फरक करण्यासाठी आणि पदार्थाच्या स्थितीचे व्यवस्थापन करण्यासाठी केला जाऊ शकतो आणि त्यानंतर पदार्थाच्या मूलभूत भौतिक गुणधर्मांबद्दल, संरचनात्मक टप्प्यातील संक्रमणांबद्दल आणि नवीन क्वांटम अवस्थांबद्दल माहिती मिळवता येते. सध्या, प्रकाश क्षेत्राद्वारे चालविल्या जाणाऱ्या टोपोलॉजिकल पदार्थांच्या मॅक्रोस्कोपिक वर्तन आणि त्यांच्या सूक्ष्म अणु रचना आणि इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्मांमधील संबंध हे संशोधनाचे ध्येय बनले आहे.
टोपोलॉजिकल पदार्थांचे फोटोइलेक्ट्रिक प्रतिसाद वर्तन त्याच्या सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक रचनेशी जवळून संबंधित आहे. टोपोलॉजिकल सेमी-मेटल्ससाठी, बँड इंटरसेक्शनजवळील वाहक उत्तेजना सिस्टमच्या वेव्ह फंक्शन वैशिष्ट्यांसाठी अत्यंत संवेदनशील असते. टोपोलॉजिकल सेमी-मेटल्समधील नॉनलाइनर ऑप्टिकल घटनांचा अभ्यास आपल्याला सिस्टमच्या उत्तेजित अवस्थांचे भौतिक गुणधर्म अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यास मदत करू शकतो आणि अशी अपेक्षा आहे की हे परिणाम उत्पादनात वापरले जाऊ शकतात.ऑप्टिकल उपकरणेआणि सौर पेशींची रचना, भविष्यात संभाव्य व्यावहारिक अनुप्रयोग प्रदान करते. उदाहरणार्थ, वेइल अर्ध-धातूमध्ये, वर्तुळाकार ध्रुवीकृत प्रकाशाचा फोटॉन शोषल्याने स्पिन उलटेल आणि कोनीय संवेगाचे संवर्धन पूर्ण करण्यासाठी, वेइल शंकूच्या दोन्ही बाजूंवरील इलेक्ट्रॉन उत्तेजना वर्तुळाकार ध्रुवीकृत प्रकाश प्रसाराच्या दिशेने असममितपणे वितरित केली जाईल, ज्याला चिरल निवड नियम म्हणतात (आकृती 1).
टोपोलॉजिकल मटेरियलच्या नॉनलाइनर ऑप्टिकल घटनांचा सैद्धांतिक अभ्यास सहसा मटेरियल ग्राउंड स्टेट प्रॉपर्टीजची गणना आणि सममिती विश्लेषण एकत्रित करण्याची पद्धत स्वीकारतो. तथापि, या पद्धतीमध्ये काही दोष आहेत: त्यात मोमेंटम स्पेस आणि रिअल स्पेसमधील उत्तेजित वाहकांची रिअल-टाइम डायनॅमिक माहितीचा अभाव आहे आणि ती वेळ-निराकरण केलेल्या प्रायोगिक शोध पद्धतीशी थेट तुलना स्थापित करू शकत नाही. इलेक्ट्रॉन-फोनॉन आणि फोटॉन-फोनॉनमधील जोडणीचा विचार केला जाऊ शकत नाही. आणि काही फेज ट्रान्झिशन होण्यासाठी हे महत्त्वाचे आहे. याव्यतिरिक्त, पेर्टर्बेशन सिद्धांतावर आधारित हे सैद्धांतिक विश्लेषण मजबूत प्रकाश क्षेत्राखालील भौतिक प्रक्रियांना सामोरे जाऊ शकत नाही. पहिल्या तत्त्वांवर आधारित वेळ-आधारित घनता कार्यात्मक आण्विक गतिशीलता (TDDFT-MD) सिम्युलेशन वरील समस्या सोडवू शकते.
अलिकडेच, संशोधक मेंग शेंग, पोस्टडॉक्टरल संशोधक गुआन मेंग्झू आणि चायनीज अकादमी ऑफ सायन्सेस/बीजिंग नॅशनल रिसर्च सेंटर फॉर कॉन्सन्ट्रेटेड मॅटर फिजिक्सच्या इन्स्टिट्यूट ऑफ फिजिक्सच्या स्टेट की लॅबोरेटरी ऑफ सरफेस फिजिक्सच्या SF10 ग्रुपचे डॉक्टरेट विद्यार्थी वांग एन यांच्या मार्गदर्शनाखाली, बीजिंग इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीचे प्रोफेसर सन जियाताओ यांच्या सहकार्याने, त्यांनी स्वयं-विकसित उत्तेजित राज्य गतिमान सिम्युलेशन सॉफ्टवेअर TDAP चा वापर केला. दुसऱ्या प्रकारच्या वेइल सेमी-मेटल WTe2 मध्ये अल्ट्राफास्ट लेसरला क्वास्टिपार्टिकल उत्तेजनाच्या प्रतिसाद वैशिष्ट्यांचा तपास केला जातो.
असे दिसून आले आहे की वेइल बिंदूजवळील वाहकांचे निवडक उत्तेजन अणु कक्षीय सममिती आणि संक्रमण निवड नियमाद्वारे निश्चित केले जाते, जे चिरल उत्तेजनासाठी नेहमीच्या स्पिन निवड नियमापेक्षा वेगळे आहे आणि त्याचा उत्तेजन मार्ग रेषीय ध्रुवीकृत प्रकाश आणि फोटॉन उर्जेची ध्रुवीकरण दिशा बदलून नियंत्रित केला जाऊ शकतो (आकृती 2).
वाहकांच्या असममित उत्तेजनामुळे वास्तविक जागेत वेगवेगळ्या दिशांना फोटोकरंट्स निर्माण होतात, ज्यामुळे सिस्टमच्या इंटरलेयर स्लिपची दिशा आणि सममिती प्रभावित होते. WTe2 चे टोपोलॉजिकल गुणधर्म, जसे की वेइल पॉइंट्सची संख्या आणि मोमेंटम स्पेसमधील पृथक्करणाची डिग्री, सिस्टमच्या सममितीवर खूप अवलंबून असल्याने (आकृती 3), वाहकांच्या असममित उत्तेजनामुळे मोमेंटम स्पेसमध्ये वेइल क्वास्टिपार्टिकल्सचे वेगवेगळे वर्तन आणि सिस्टमच्या टोपोलॉजिकल गुणधर्मांमध्ये संबंधित बदल घडतील. अशाप्रकारे, अभ्यास फोटोटोपोलॉजिकल फेज ट्रान्झिशन्ससाठी एक स्पष्ट फेज आकृती प्रदान करतो (आकृती 4).
निकालांवरून असे दिसून येते की वेइल पॉइंटजवळील वाहक उत्तेजनाच्या चिरॅलिटीकडे लक्ष दिले पाहिजे आणि वेव्ह फंक्शनच्या अणु कक्षीय गुणधर्मांचे विश्लेषण केले पाहिजे. दोघांचे परिणाम समान आहेत परंतु यंत्रणा स्पष्टपणे भिन्न आहे, जी वेइल पॉइंट्सच्या एकलतेचे स्पष्टीकरण देण्यासाठी एक सैद्धांतिक आधार प्रदान करते. याव्यतिरिक्त, या अभ्यासात स्वीकारलेली संगणकीय पद्धत अणु आणि इलेक्ट्रॉनिक पातळीवर जटिल परस्परसंवाद आणि गतिमान वर्तनांना अति-जलद वेळेच्या प्रमाणात खोलवर समजून घेऊ शकते, त्यांची सूक्ष्मभौतिक यंत्रणा प्रकट करू शकते आणि टोपोलॉजिकल मटेरियलमधील नॉनलाइनर ऑप्टिकल घटनांवरील भविष्यातील संशोधनासाठी एक शक्तिशाली साधन असण्याची अपेक्षा आहे.
हे निकाल नेचर कम्युनिकेशन्स जर्नलमध्ये आहेत. संशोधन कार्याला नॅशनल की रिसर्च अँड डेव्हलपमेंट प्लॅन, नॅशनल नॅचरल सायन्स फाउंडेशन आणि चायनीज अकादमी ऑफ सायन्सेसच्या स्ट्रॅटेजिक पायलट प्रोजेक्ट (कॅटेगरी बी) द्वारे पाठिंबा आहे.
आकृती १.अ. वर्तुळाकार ध्रुवीकृत प्रकाशाखाली सकारात्मक चिरॅलिटी चिन्ह (χ=+1) असलेल्या वेइल बिंदूंसाठी चिरॅलिटी निवड नियम; ऑनलाइन ध्रुवीकृत प्रकाशात b. χ=+1 च्या वेइल बिंदूवर अणु कक्षीय सममितीमुळे निवडक उत्तेजना.
आकृती २. a, Td-WTe2 चा अणु रचना आकृती; b. फर्मी पृष्ठभागाजवळील बँड रचना; (c) ब्रिलोइन प्रदेशात उच्च सममितीय रेषांसह वितरित केलेल्या अणु कक्षांचे बँड रचना आणि सापेक्ष योगदान, बाण (1) आणि (2) अनुक्रमे वेइल बिंदूंजवळ किंवा त्यापासून दूर उत्तेजना दर्शवतात; d. गॅमा-X दिशेने बँड संरचनेचे प्रवर्धन
आकृती ३.ab: क्रिस्टलच्या A-अक्ष आणि B-अक्षांसह रेषीय ध्रुवीकृत प्रकाश ध्रुवीकरण दिशेची सापेक्ष आंतरस्तरीय हालचाल आणि संबंधित हालचाल मोड दर्शविले आहे; C. सैद्धांतिक सिम्युलेशन आणि प्रायोगिक निरीक्षण यांच्यातील तुलना; de: प्रणालीची सममिती उत्क्रांती आणि kz=0 समतलातील दोन जवळच्या वेइल बिंदूंचे स्थान, संख्या आणि पृथक्करणाची डिग्री
आकृती ४. रेषीय ध्रुवीकृत प्रकाश फोटॉन ऊर्जा (?) ω) आणि ध्रुवीकरण दिशा (θ) अवलंबून फेज आकृतीसाठी Td-WTe2 मधील फोटोटोपोलॉजिकल फेज संक्रमण
पोस्ट वेळ: सप्टेंबर-२५-२०२३