लेसरद्वारे नियंत्रित वेइल क्वासीपार्टिकल्सच्या अल्ट्राफास्ट गतीच्या अभ्यासात प्रगती झाली आहे

द्वारे नियंत्रित वेइल क्वासीपार्टिकल्सच्या अल्ट्राफास्ट गतीच्या अभ्यासात प्रगती झाली आहे.लेसर

अलिकडच्या वर्षांत, टोपोलॉजिकल क्वांटम स्टेटस आणि टोपोलॉजिकल क्वांटम मटेरियलवरील सैद्धांतिक आणि प्रायोगिक संशोधन कंडेन्स्ड मॅटर फिजिक्सच्या क्षेत्रात एक चर्चेचा विषय बनला आहे. पदार्थ वर्गीकरणाची नवीन संकल्पना म्हणून, सममिती सारखी टोपोलॉजिकल ऑर्डर ही घनरूप पदार्थ भौतिकशास्त्रातील एक मूलभूत संकल्पना आहे. टोपोलॉजीचे सखोल ज्ञान कंडेन्स्ड मॅटर फिजिक्समधील मूलभूत समस्यांशी संबंधित आहे, जसे की मूलभूत इलेक्ट्रॉनिक संरचनाक्वांटम टप्पे, क्वांटम फेज संक्रमणे आणि क्वांटम टप्प्यात अनेक स्थिर घटकांचे उत्तेजन. टोपोलॉजिकल मटेरियलमध्ये, इलेक्ट्रॉन्स, फोनॉन्स आणि स्पिन यांसारख्या स्वातंत्र्याच्या अनेक अंशांमधील जोडणी भौतिक गुणधर्म समजून घेण्यात आणि नियंत्रित करण्यात निर्णायक भूमिका बजावते. प्रकाश उत्तेजनाचा वापर वेगवेगळ्या परस्परसंवादांमधील फरक ओळखण्यासाठी आणि पदार्थाच्या स्थितीत फेरफार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो आणि सामग्रीचे मूलभूत भौतिक गुणधर्म, संरचनात्मक अवस्था संक्रमण आणि नवीन क्वांटम अवस्थांबद्दल माहिती मिळवता येते. सध्या, प्रकाश क्षेत्राद्वारे चालविलेल्या टोपोलॉजिकल सामग्रीचे मॅक्रोस्कोपिक वर्तन आणि त्यांची सूक्ष्म अणू रचना आणि इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्म यांच्यातील संबंध हे संशोधनाचे ध्येय बनले आहे.

टोपोलॉजिकल सामग्रीचे फोटोइलेक्ट्रिक प्रतिसाद वर्तन त्याच्या सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक संरचनेशी जवळून संबंधित आहे. टोपोलॉजिकल अर्ध-धातूंसाठी, बँड छेदनबिंदूजवळील वाहक उत्तेजना प्रणालीच्या वेव्ह फंक्शन वैशिष्ट्यांसाठी अत्यंत संवेदनशील असते. टोपोलॉजिकल सेमी-मेटल्समधील नॉनलाइनर ऑप्टिकल घटनांचा अभ्यास आपल्याला सिस्टमच्या उत्तेजित अवस्थेचे भौतिक गुणधर्म अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यास मदत करू शकतो आणि हे अपेक्षित आहे की हे प्रभाव उत्पादनात वापरले जाऊ शकतात.ऑप्टिकल उपकरणेआणि सौर पेशींची रचना, भविष्यात संभाव्य व्यावहारिक अनुप्रयोग प्रदान करणे. उदाहरणार्थ, वेयल सेमी-मेटलमध्ये, गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाशाचा फोटॉन शोषून घेतल्याने स्पिन फ्लिप होईल आणि कोनीय संवेगाचे संरक्षण पूर्ण करण्यासाठी, वेल शंकूच्या दोन्ही बाजूंवरील इलेक्ट्रॉन उत्तेजना असममितपणे वितरित केली जाईल. गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश प्रसाराची दिशा, ज्याला चिरल निवड नियम म्हणतात (आकृती 1).

टोपोलॉजिकल सामग्रीच्या नॉनलाइनर ऑप्टिकल घटनांचा सैद्धांतिक अभ्यास सहसा भौतिक भू-स्थिती गुणधर्मांची गणना आणि सममिती विश्लेषण एकत्र करण्याची पद्धत स्वीकारतो. तथापि, या पद्धतीमध्ये काही दोष आहेत: त्यात गतीच्या जागेत आणि वास्तविक जागेतील उत्तेजित वाहकांची वास्तविक-वेळ डायनॅमिक माहिती नसते आणि ती वेळ-निराकरण केलेल्या प्रायोगिक शोध पद्धतीशी थेट तुलना स्थापित करू शकत नाही. इलेक्ट्रॉन-फोनॉन आणि फोटॉन-फोनॉन यांच्यातील जोडणीचा विचार केला जाऊ शकत नाही. आणि विशिष्ट टप्प्यातील संक्रमण घडण्यासाठी हे महत्त्वपूर्ण आहे. शिवाय, विक्षिप्तपणाच्या सिद्धांतावर आधारित हे सैद्धांतिक विश्लेषण मजबूत प्रकाश क्षेत्राच्या अंतर्गत भौतिक प्रक्रियांना सामोरे जाऊ शकत नाही. प्रथम तत्त्वांवर आधारित वेळ-आश्रित घनता फंक्शनल मॉलिक्युलर डायनॅमिक्स (TDDFT-MD) सिम्युलेशन वरील समस्या सोडवू शकते.

अलीकडेच, संशोधक मेंग शेंग यांच्या मार्गदर्शनाखाली, पोस्टडॉक्टरल संशोधक गुआन मेंगक्सू आणि चायनीज अकादमी ऑफ सायन्सेस/बीजिंग नॅशनल रिसर्च सेंटर फॉर कॉन्सेन्ट्रेटेड मॅटरच्या इन्स्टिट्यूट ऑफ फिजिक्स ऑफ द स्टेट की लॅबोरेटरी ऑफ द स्टेट की लॅबोरेटरी ऑफ सरफेस फिजिक्सच्या SF10 ग्रुपचे डॉक्टरेट विद्यार्थी वांग एन. बीजिंग इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीचे प्रोफेसर सन जियाताओ यांच्या सहकार्याने भौतिकशास्त्र, त्यांनी स्वयं-विकसित उत्तेजित राज्य डायनॅमिक्स सिम्युलेशन सॉफ्टवेअर TDAP वापरले. दुसऱ्या प्रकारच्या Weyl अर्ध-धातू WTe2 मध्ये अल्ट्राफास्ट लेसरला क्वास्टिपार्टिकल उत्तेजनाच्या प्रतिसाद वैशिष्ट्यांची तपासणी केली जाते.

असे दिसून आले आहे की वेल पॉइंटजवळील वाहकांची निवडक उत्तेजना अणु कक्षीय सममिती आणि संक्रमण निवड नियमाद्वारे निर्धारित केली जाते, जी चिरल उत्तेजनासाठी नेहमीच्या स्पिन निवड नियमापेक्षा वेगळी असते आणि ध्रुवीकरण दिशा बदलून त्याचा उत्तेजित मार्ग नियंत्रित केला जाऊ शकतो. रेखीय ध्रुवीकृत प्रकाश आणि फोटॉन ऊर्जा (FIG. 2).

वाहकांची असममित उत्तेजना वास्तविक जागेत वेगवेगळ्या दिशानिर्देशांमध्ये फोटोक्युरेंट्सला प्रेरित करते, ज्यामुळे सिस्टमच्या इंटरलेयर स्लिपची दिशा आणि सममिती प्रभावित होते. WTe2 चे टोपोलॉजिकल गुणधर्म, जसे की Weyl पॉइंट्सची संख्या आणि संवेगाच्या जागेतील विभक्ततेची डिग्री, प्रणालीच्या सममितीवर (आकृती 3) जास्त अवलंबून असल्याने, वाहकांच्या असममित उत्तेजनामुळे वेइलचे भिन्न वर्तन घडून येईल. मोमेंटम स्पेसमधील क्वास्टिपार्टिकल्स आणि सिस्टमच्या टोपोलॉजिकल गुणधर्मांमधील संबंधित बदल. अशाप्रकारे, अभ्यास फोटोटोपॉलॉजिकल फेज संक्रमणांसाठी स्पष्ट फेज आकृती प्रदान करतो (आकृती 4).

परिणाम दर्शविते की वेयल पॉइंटजवळ वाहक उत्तेजनाच्या चिरॅलिटीकडे लक्ष दिले पाहिजे आणि वेव्ह फंक्शनच्या अणू कक्षीय गुणधर्मांचे विश्लेषण केले पाहिजे. दोघांचे परिणाम सारखेच आहेत परंतु यंत्रणा स्पष्टपणे भिन्न आहे, जी वेल पॉइंट्सची एकवचन स्पष्ट करण्यासाठी एक सैद्धांतिक आधार प्रदान करते. या व्यतिरिक्त, या अभ्यासात स्वीकारलेली संगणकीय पद्धत अणु आणि इलेक्ट्रॉनिक स्तरावरील जटिल परस्परसंवाद आणि गतिमान वर्तनांना सुपर-फास्ट टाइम स्केलमध्ये खोलवर समजून घेऊ शकते, त्यांची मायक्रोफिजिकल यंत्रणा प्रकट करू शकते आणि भविष्यातील संशोधनासाठी हे एक शक्तिशाली साधन असेल अशी अपेक्षा आहे. टोपोलॉजिकल सामग्रीमध्ये नॉनलाइनर ऑप्टिकल घटना.

परिणाम जर्नल नेचर कम्युनिकेशन्समध्ये आहेत. संशोधन कार्याला नॅशनल की रिसर्च अँड डेव्हलपमेंट प्लॅन, नॅशनल नॅचरल सायन्स फाउंडेशन आणि चायनीज अकादमी ऑफ सायन्सेसच्या स्ट्रॅटेजिक पायलट प्रोजेक्ट (श्रेणी बी) द्वारे समर्थित आहे.

FIG.1.a. वर्तुळाकार ध्रुवीकृत प्रकाशाखाली सकारात्मक चिरॅलिटी चिन्ह (χ=+1) असलेल्या वेयल पॉइंट्ससाठी चिरॅलिटी निवड नियम; b च्या Weyl बिंदूवर आण्विक कक्षीय सममितीमुळे निवडक उत्तेजना. ऑन-लाइन ध्रुवीकृत प्रकाशात χ=+1

अंजीर. 2. a, Td-WTe2 चे अणु संरचना आकृती; b फर्मी पृष्ठभागाच्या जवळ बँड रचना; (c) ब्रिल्युइन प्रदेशात उच्च सममितीय रेषांसह वितरीत केलेल्या अणू परिभ्रमणांचे बँड संरचना आणि सापेक्ष योगदान, बाण (1) आणि (2) अनुक्रमे वेल पॉइंट्सच्या जवळ किंवा दूर असलेल्या उत्तेजनाचे प्रतिनिधित्व करतात; d गॅमा-एक्स दिशेसह बँड संरचनेचे प्रवर्धन

FIG.3.ab: क्रिस्टलच्या A-अक्ष आणि B-अक्षाच्या बाजूने रेखीय ध्रुवीकृत प्रकाश ध्रुवीकरण दिशेची सापेक्ष इंटरलेयर हालचाल, आणि संबंधित हालचाली मोड सचित्र आहे; C. सैद्धांतिक अनुकरण आणि प्रायोगिक निरीक्षण यांच्यातील तुलना; de: प्रणालीची सममिती उत्क्रांती आणि kz=0 समतलातील दोन सर्वात जवळच्या वेइल बिंदूंचे स्थान, संख्या आणि विभक्त होण्याची डिग्री

अंजीर. 4. रेखीय ध्रुवीकृत प्रकाश फोटॉन ऊर्जा (?) ω) आणि ध्रुवीकरण दिशा (θ) अवलंबून फेज आकृतीसाठी Td-WTe2 मध्ये फोटोटोपॉलॉजिकल फेज संक्रमण