ထိန်းချုပ်ထားသော Weil quasiparticles များ၏ အလွန်မြန်ဆန်သော ရွေ့လျားမှုကို လေ့လာရာတွင် တိုးတက်မှု ရှိလာပါသည်။လေဆာများ
မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း topological quantum states နှင့် topological quantum materials များဆိုင်ရာ သီအိုရီနှင့် စမ်းသပ်သုတေသနသည် condensed matter physics နယ်ပယ်တွင် ရေပန်းစားသော အကြောင်းအရာတစ်ခု ဖြစ်လာခဲ့သည်။ ဒြပ်စင်ခွဲခြားခြင်းဆိုင်ရာ အယူအဆအသစ်တစ်ခုအနေဖြင့် topological order သည် condensed matter physics တွင် အခြေခံသဘောတရားတစ်ခုဖြစ်သည်။ topology ကို နက်နက်ရှိုင်းရှိုင်းနားလည်ခြင်းသည် condensed matter physics ရှိ အခြေခံပြဿနာများ၊ ဥပမာ- အခြေခံအီလက်ထရွန်နစ်ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် ဆက်စပ်နေသည်။ကွမ်တမ်အဆင့်များ၊ ကွမ်တမ်အဆင့်များတွင် မလှုပ်ရှားနိုင်သောဒြပ်စင်များစွာ၏ ကွမ်တမ်အဆင့်အကူးအပြောင်းများနှင့် လှုံ့ဆော်မှု။ topological ပစ္စည်းများတွင်၊ အီလက်ထရွန်၊ ဖိုနွန်နှင့် လှည့်ခြင်းကဲ့သို့သော လွတ်လပ်မှုဒီဂရီများစွာကြား ချိတ်ဆက်မှုသည် ပစ္စည်းဂုဏ်သတ္တိများကို နားလည်ခြင်းနှင့် ထိန်းညှိခြင်းတွင် အဆုံးအဖြတ်ပေးသော အခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်သည်။ အလင်းလှုံ့ဆော်မှုကို မတူညီသော အပြန်အလှန် ဆက်သွယ်မှုများကို ခွဲခြားရန်နှင့် ဒြပ်စင်၏ အခြေအနေကို ခြယ်လှယ်ရန် အသုံးပြုနိုင်ပြီး၊ ပစ္စည်း၏ အခြေခံရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာ ဂုဏ်သတ္တိများ၊ ဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာ အဆင့်အကူးအပြောင်းများနှင့် ကွမ်တမ်အခြေအနေအသစ်များအကြောင်း အချက်အလက်များကို ရရှိနိုင်ပါသည်။ လက်ရှိတွင်၊ အလင်းစက်ကွင်းဖြင့် မောင်းနှင်သော topological ပစ္စည်းများ၏ macroscopic အပြုအမူနှင့် ၎င်းတို့၏ အဏုကြည့် အက်တမ်ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် အီလက်ထရွန်နစ် ဂုဏ်သတ္တိများအကြား ဆက်နွယ်မှုသည် သုတေသနရည်မှန်းချက်တစ်ခု ဖြစ်လာခဲ့သည်။
topological ပစ္စည်းများ၏ photoelectric response အပြုအမူသည် ၎င်း၏ microscopic electronic structure နှင့် နီးကပ်စွာ ဆက်စပ်နေသည်။ topological semi-metals များအတွက်၊ band intersection အနီးရှိ carrier excitation သည် system ၏ wave function characteristics များအပေါ် အလွန် sensitive ဖြစ်သည်။ topological semi-metals ရှိ nonlinear optical phenomena များကို လေ့လာခြင်းသည် system ၏ excited state များ၏ physical properties များကို ပိုမိုနားလည်ရန် ကူညီပေးနိုင်ပြီး ဤအကျိုးသက်ရောက်မှုများကို ထုတ်လုပ်ရာတွင် အသုံးပြုနိုင်မည်ဟု မျှော်လင့်ရသည်။အလင်းတန်းကိရိယာများနှင့် အနာဂတ်တွင် လက်တွေ့အသုံးချမှုအလားအလာများကို ပံ့ပိုးပေးသည့် ဆိုလာဆဲလ်များ၏ ဒီဇိုင်း။ ဥပမာအားဖြင့်၊ Weyl semi-metal တွင်၊ စက်ဝိုင်းပုံ polarized အလင်း၏ photon ကို စုပ်ယူခြင်းသည် spin ကို ပြောင်းပြန်ဖြစ်စေပြီး angular momentum ထိန်းသိမ်းမှုကို ဖြည့်ဆည်းရန်အတွက်၊ Weyl cone ၏ နှစ်ဖက်စလုံးရှိ electron excitation ကို စက်ဝိုင်းပုံ polarized အလင်းပျံ့နှံ့မှု၏ ဦးတည်ရာတစ်လျှောက် asymmetrically ဖြန့်ဝေမည်ဖြစ်ပြီး၊ ၎င်းကို chiral selection rule ဟုခေါ်သည် (ပုံ ၁)။
topological ပစ္စည်းများ၏ nonlinear optical ဖြစ်စဉ်များ၏ သီအိုရီဆိုင်ရာလေ့လာမှုသည် ပစ္စည်း ground state properties တွက်ချက်မှုနှင့် symmetry analysis တို့ကို ပေါင်းစပ်သည့်နည်းလမ်းကို များသောအားဖြင့် လက်ခံအသုံးပြုလေ့ရှိသည်။ သို့သော် ဤနည်းလမ်းတွင် ချို့ယွင်းချက်အချို့ရှိသည်- momentum space နှင့် real space ရှိ excited carriers များ၏ real-time dynamic information မရှိခြင်း၊ time-resolved experimental detection method နှင့် တိုက်ရိုက်နှိုင်းယှဉ်ခြင်းကို မဖော်ထုတ်နိုင်ပါ။ electron-phonons နှင့် photon-phonons အကြား coupling ကို ထည့်သွင်းစဉ်းစား၍မရပါ။ ၎င်းသည် အချို့သော phase transitions များဖြစ်ပေါ်လာရန်အတွက် အလွန်အရေးကြီးပါသည်။ ထို့အပြင် perturbation theory ကိုအခြေခံသည့် ဤသီအိုရီဆိုင်ရာခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုသည် အားကောင်းသော light field အောက်ရှိ physical processes များကို မကိုင်တွယ်နိုင်ပါ။ ပထမနိယာမများအပေါ်အခြေခံသည့် time-dependent density functional molecular dynamics (TDDFT-MD) simulation သည် အထက်ပါပြဿနာများကို ဖြေရှင်းနိုင်သည်။
မကြာသေးမီက၊ သုတေသီ Meng Sheng၊ postdoctoral သုတေသီ Guan Mengxue နှင့် Chinese Academy of Sciences/Beijing National Research Center for Concentrated Matter Physics ၏ Institute of Physics of the Institute of Physics ၏ State Key Laboratory of Surface Physics ၏ SF10 Group မှ ပါရဂူဘွဲ့ကျောင်းသား Wang En တို့၏ လမ်းညွှန်မှုအောက်တွင်၊ ၎င်းတို့သည် Beijing Institute of Technology မှ ပါမောက္ခ Sun Jiatao နှင့် ပူးပေါင်း၍ ကိုယ်တိုင်တီထွင်ထားသော excited state dynamics simulation software TDAP ကို အသုံးပြုခဲ့ကြသည်။ Weyl semi-metal WTe2 ၏ ဒုတိယအမျိုးအစားတွင် quastiparticle excitation ၏ response characteristics များကို စုံစမ်းစစ်ဆေးခဲ့သည်။
Weyl point အနီးရှိ carriers များ၏ selective excitation ကို atomic orbital symmetry နှင့် transition selection rule ဖြင့် ဆုံးဖြတ်ပြီးဖြစ်ပြီး၊ ၎င်းသည် chiral excitation အတွက် ပုံမှန် spin selection rule နှင့် မတူဘဲ၊ ၎င်း၏ excitation path ကို linearly polarized light နှင့် photon energy ၏ polarization direction ကို ပြောင်းလဲခြင်းဖြင့် ထိန်းချုပ်နိုင်ကြောင်း ပြသထားသည် (ပုံ ၂)။
သယ်ဆောင်သူများ၏ asymmetric excitation သည် real space ရှိ မတူညီသော ဦးတည်ချက်များသို့ photocurrent များကို ဖြစ်ပေါ်စေပြီး ၎င်းသည် စနစ်၏ interlayer slip ၏ ဦးတည်ရာနှင့် symmetry ကို သက်ရောက်မှုရှိသည်။ Weyl point အရေအတွက်နှင့် momentum space ရှိ ခွဲထွက်မှုအတိုင်းအတာကဲ့သို့သော WTe2 ၏ topological ဂုဏ်သတ္တိများသည် စနစ်၏ symmetry ပေါ်တွင် များစွာမူတည်သောကြောင့် (ပုံ ၃)၊ သယ်ဆောင်သူများ၏ asymmetric excitation သည် momentum space ရှိ Weyl quastiparticles များ၏ မတူညီသော အပြုအမူနှင့် စနစ်၏ topological ဂုဏ်သတ္တိများတွင် သက်ဆိုင်ရာပြောင်းလဲမှုများကို ဖြစ်ပေါ်စေလိမ့်မည်။ ထို့ကြောင့်၊ လေ့လာမှုသည် phototopological phase transitions အတွက် ရှင်းလင်းသော phase diagram တစ်ခုကို ပေးစွမ်းသည် (ပုံ ၄)။
ရလဒ်များအရ Weyl point အနီးရှိ carrier excitation ၏ chirality ကို အာရုံစိုက်သင့်ပြီး wave function ၏ atomic orbital ဂုဏ်သတ္တိများကို ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာသင့်ကြောင်း ပြသထားသည်။ နှစ်ခု၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုများသည် အလားတူဖြစ်သော်လည်း ယန္တရားသည် သိသိသာသာ ကွဲပြားပြီး Weyl point များ၏ singularity ကို ရှင်းပြရန်အတွက် သီအိုရီဆိုင်ရာ အခြေခံကို ပေးပါသည်။ ထို့အပြင်၊ ဤလေ့လာမှုတွင် အသုံးပြုထားသော တွက်ချက်မှုနည်းလမ်းသည် အလွန်မြန်ဆန်သော အချိန်အတိုင်းအတာတစ်ခုတွင် အက်တမ်နှင့် အီလက်ထရွန်နစ်အဆင့်များရှိ ရှုပ်ထွေးသော အပြန်အလှန် ဆက်သွယ်မှုများနှင့် ဒိုင်းနမစ် အပြုအမူများကို နက်နက်ရှိုင်းရှိုင်း နားလည်နိုင်ပြီး၊ ၎င်းတို့၏ microphysical ယန္တရားများကို ဖော်ထုတ်နိုင်ပြီး topological ပစ္စည်းများတွင် nonlinear optical ဖြစ်စဉ်များအပေါ် အနာဂတ်သုတေသနအတွက် အစွမ်းထက်သောကိရိယာတစ်ခု ဖြစ်လာရန် မျှော်လင့်ရသည်။
ရလဒ်များကို Nature Communications ဂျာနယ်တွင် ဖော်ပြထားသည်။ သုတေသနလုပ်ငန်းကို အမျိုးသား အဓိက သုတေသနနှင့် ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်ရေး အစီအစဉ်၊ အမျိုးသား သဘာဝသိပ္ပံ ဖောင်ဒေးရှင်းနှင့် တရုတ်သိပ္ပံအကယ်ဒမီ၏ မဟာဗျူဟာမြောက် စမ်းသပ်စီမံကိန်း (အမျိုးအစား B) တို့က ပံ့ပိုးပေးထားသည်။
ပုံ ၁.က။ စက်ဝိုင်းပုံ ပိုလာရိုက်ဇ် အလင်းရောင်အောက်တွင် အပေါင်း chirality လက္ခဏာ (χ=+1) ရှိသော Weyl အမှတ်များအတွက် chirality ရွေးချယ်မှုစည်းမျဉ်း။ b ၏ Weyl အမှတ်တွင် အက်တမ် orbital symmetry ကြောင့် ရွေးချယ်မှု excitation။ on-line polarized အလင်းရောင်တွင် χ=+1
ပုံ ၂။ a၊ Td-WTe2 ၏ အက်တမ်ဖွဲ့စည်းပုံပုံ။ (ခ) Fermi မျက်နှာပြင်အနီးရှိ band ဖွဲ့စည်းပုံ။ (ဂ) Brillouin ဒေသရှိ မြင့်မားသော symmetric မျဉ်းများတစ်လျှောက် ဖြန့်ဝေထားသော အက်တမ် orbitals များ၏ band ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် ဆွေမျိုးပံ့ပိုးမှုများ၊ မြှားများ (1) နှင့် (2) သည် Weyl အမှတ်များမှ အနီး သို့မဟုတ် ဝေးလံသော လှုံ့ဆော်မှုကို အသီးသီးကိုယ်စားပြုသည်။ (ဃ) Gamma-X ဦးတည်ချက်တစ်လျှောက် band ဖွဲ့စည်းပုံ၏ ချဲ့ထွင်မှု
ပုံ ၃။ab: ပုံဆောင်ခဲ၏ A-ဝင်ရိုးနှင့် B-ဝင်ရိုးတစ်လျှောက် linearly polarized light polarization direction ၏ relative interlayer ရွေ့လျားမှုနှင့် သက်ဆိုင်ရာ movement mode ကို သရုပ်ဖော်ထားသည်။ C. သီအိုရီဆိုင်ရာ simulation နှင့် experimental observation အကြား နှိုင်းယှဉ်ချက်၊ de: စနစ်၏ Symmetry evolution နှင့် kz=0 မျက်နှာပြင်ရှိ အနီးဆုံး Weyl အမှတ်နှစ်ခု၏ အနေအထား၊ အရေအတွက်နှင့် ခွဲထွက်မှုဒီဂရီ
ပုံ ၄။ မျဉ်းဖြောင့်ပိုလာရိုက်ဇ်အလင်းဖိုတွန်စွမ်းအင် (?) ω) နှင့် ပိုလာရိုက်ဇ်ဦးတည်ချက် (θ) ပေါ်မူတည်သည့် အဆင့်ပုံအတွက် Td-WTe2 ရှိ ဓာတ်ပုံပေါ်လော်ဂျီအဆင့်အကူးအပြောင်း
ပို့စ်တင်ချိန်: ၂၀၂၃ ခုနှစ်၊ စက်တင်ဘာလ ၂၅ ရက်