లేజర్లచే నియంత్రించబడే వెయిల్ క్వాసిపార్టికల్స్ యొక్క అల్ట్రాఫాస్ట్ మోషన్ అధ్యయనంలో పురోగతి సాధించబడింది

నియంత్రిత వెయిల్ క్వాసిపార్టికల్స్ యొక్క అల్ట్రాఫాస్ట్ మోషన్ అధ్యయనంలో పురోగతి సాధించబడిందిలేజర్లు

ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, టోపోలాజికల్ క్వాంటం స్టేట్స్ మరియు టోపోలాజికల్ క్వాంటం మెటీరియల్స్‌పై సైద్ధాంతిక మరియు ప్రయోగాత్మక పరిశోధనలు ఘనీభవించిన పదార్థ భౌతిక శాస్త్రంలో హాట్ టాపిక్‌గా మారాయి. పదార్థ వర్గీకరణ యొక్క కొత్త భావనగా, సమరూపత వంటి టోపోలాజికల్ ఆర్డర్, ఘనీభవించిన పదార్థ భౌతికశాస్త్రంలో ఒక ప్రాథమిక భావన. టోపోలాజీ యొక్క లోతైన అవగాహన ఘనీభవించిన పదార్థ భౌతిక శాస్త్రంలో ప్రాథమిక ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణం వంటి ప్రాథమిక సమస్యలకు సంబంధించినది.క్వాంటం దశలు, క్వాంటం ఫేజ్ ట్రాన్సిషన్స్ మరియు క్వాంటం ఫేజ్‌లలోని అనేక అస్థిర మూలకాల యొక్క ఉత్తేజితం. టోపోలాజికల్ మెటీరియల్స్‌లో, ఎలక్ట్రాన్‌లు, ఫోనాన్‌లు మరియు స్పిన్ వంటి అనేక స్థాయిల స్వేచ్ఛ మధ్య కలయిక, పదార్థ లక్షణాలను అర్థం చేసుకోవడంలో మరియు నియంత్రించడంలో నిర్ణయాత్మక పాత్ర పోషిస్తుంది. వివిధ పరస్పర చర్యల మధ్య తేడాను గుర్తించడానికి మరియు పదార్థం యొక్క స్థితిని మార్చడానికి కాంతి ఉత్తేజితాన్ని ఉపయోగించవచ్చు మరియు పదార్థం యొక్క ప్రాథమిక భౌతిక లక్షణాలు, నిర్మాణ దశ పరివర్తనలు మరియు కొత్త క్వాంటం స్థితుల గురించి సమాచారాన్ని పొందవచ్చు. ప్రస్తుతం, కాంతి క్షేత్రం ద్వారా నడిచే టోపోలాజికల్ పదార్థాల స్థూల ప్రవర్తన మరియు వాటి సూక్ష్మ పరమాణు నిర్మాణం మరియు ఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాల మధ్య సంబంధం పరిశోధన లక్ష్యం అయింది.

టోపోలాజికల్ మెటీరియల్స్ యొక్క ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రతిస్పందన ప్రవర్తన దాని మైక్రోస్కోపిక్ ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణంతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. టోపోలాజికల్ సెమీ-మెటల్స్ కోసం, బ్యాండ్ ఖండన సమీపంలో క్యారియర్ ఉత్తేజితం సిస్టమ్ యొక్క వేవ్ ఫంక్షన్ లక్షణాలకు అత్యంత సున్నితంగా ఉంటుంది. టోపోలాజికల్ సెమీ-మెటల్స్‌లోని నాన్‌లీనియర్ ఆప్టికల్ దృగ్విషయాల అధ్యయనం సిస్టమ్ యొక్క ఉత్తేజిత స్థితుల యొక్క భౌతిక లక్షణాలను బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి మాకు సహాయపడుతుంది మరియు ఈ ప్రభావాలను తయారీలో ఉపయోగించవచ్చని భావిస్తున్నారు.ఆప్టికల్ పరికరాలుమరియు సౌర ఘటాల రూపకల్పన, భవిష్యత్తులో సంభావ్య ఆచరణాత్మక అనువర్తనాలను అందిస్తుంది. ఉదాహరణకు, వెయిల్ సెమీ-మెటల్‌లో, వృత్తాకార ధ్రువణ కాంతి యొక్క ఫోటాన్‌ను గ్రహించడం వలన స్పిన్ తిప్పబడుతుంది మరియు కోణీయ మొమెంటం యొక్క పరిరక్షణకు అనుగుణంగా, వెయిల్ కోన్ యొక్క రెండు వైపులా ఎలక్ట్రాన్ ఉత్తేజితం అసమానంగా పంపిణీ చేయబడుతుంది. వృత్తాకార ధ్రువణ కాంతి ప్రచారం యొక్క దిశ, దీనిని చిరల్ ఎంపిక నియమం అని పిలుస్తారు (మూర్తి 1).

టోపోలాజికల్ మెటీరియల్స్ యొక్క నాన్ లీనియర్ ఆప్టికల్ దృగ్విషయం యొక్క సైద్ధాంతిక అధ్యయనం సాధారణంగా మెటీరియల్ గ్రౌండ్ స్టేట్ లక్షణాలు మరియు సమరూప విశ్లేషణ యొక్క గణనను కలపడం యొక్క పద్ధతిని అవలంబిస్తుంది. అయితే, ఈ పద్ధతి కొన్ని లోపాలను కలిగి ఉంది: ఇది మొమెంటం స్పేస్ మరియు రియల్ స్పేస్‌లో ఉత్తేజిత క్యారియర్‌ల యొక్క నిజ-సమయ డైనమిక్ సమాచారం లేదు మరియు ఇది సమయ-పరిష్కార ప్రయోగాత్మక గుర్తింపు పద్ధతితో ప్రత్యక్ష పోలికను ఏర్పాటు చేయలేదు. ఎలక్ట్రాన్-ఫోనాన్‌లు మరియు ఫోటాన్-ఫోనాన్‌ల మధ్య కలపడం పరిగణించబడదు. మరియు కొన్ని దశల పరివర్తనలు జరగడానికి ఇది చాలా కీలకం. అదనంగా, కలత సిద్ధాంతం ఆధారంగా ఈ సైద్ధాంతిక విశ్లేషణ బలమైన కాంతి క్షేత్రం క్రింద భౌతిక ప్రక్రియలతో వ్యవహరించదు. మొదటి సూత్రాల ఆధారంగా సమయ-ఆధారిత సాంద్రత ఫంక్షనల్ మాలిక్యులర్ డైనమిక్స్ (TDDFT-MD) అనుకరణ పై సమస్యలను పరిష్కరించగలదు.

ఇటీవల, పరిశోధకుడు మెంగ్ షెంగ్ మార్గదర్శకత్వంలో, చైనీస్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్/బీజింగ్ నేషనల్ రీసెర్చ్ సెంటర్ ఫర్ కాన్‌సెంట్రేటెడ్ మేటర్ యొక్క ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ ఫిజిక్స్ యొక్క స్టేట్ కీ లాబొరేటరీ ఆఫ్ సర్ఫేస్ ఫిజిక్స్ యొక్క SF10 గ్రూప్‌కు చెందిన పోస్ట్‌డాక్టోరల్ పరిశోధకుడు గ్వాన్ మెంగ్‌క్సూ మరియు డాక్టరల్ విద్యార్థి వాంగ్ ఎన్ ఫిజిక్స్, బీజింగ్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీకి చెందిన ప్రొఫెసర్ సన్ జియాటావో సహకారంతో, వారు స్వీయ-అభివృద్ధి చెందిన ఉత్తేజిత స్టేట్ డైనమిక్స్ సిమ్యులేషన్ సాఫ్ట్‌వేర్ TDAPని ఉపయోగించారు. రెండవ రకమైన వెయిల్ సెమీ-మెటల్ WTe2లో అల్ట్రాఫాస్ట్ లేజర్‌కు క్వాస్టిపార్టికల్ ఎక్సైటేషన్ యొక్క ప్రతిస్పందన లక్షణాలు పరిశోధించబడ్డాయి.

వెయిల్ పాయింట్ దగ్గర క్యారియర్‌ల ఎంపిక ఉత్తేజితం పరమాణు కక్ష్య సమరూపత మరియు పరివర్తన ఎంపిక నియమం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది, ఇది చిరల్ ఎక్సైటేషన్ కోసం సాధారణ స్పిన్ ఎంపిక నియమానికి భిన్నంగా ఉంటుంది మరియు ధ్రువణ దిశను మార్చడం ద్వారా దాని ఉత్తేజిత మార్గాన్ని నియంత్రించవచ్చు. సరళ ధ్రువణ కాంతి మరియు ఫోటాన్ శక్తి (FIG. 2).

క్యారియర్‌ల అసమాన ప్రేరేపణ వాస్తవ ప్రదేశంలో ఫోటోకరెంట్‌లను వేర్వేరు దిశల్లో ప్రేరేపిస్తుంది, ఇది సిస్టమ్ యొక్క ఇంటర్‌లేయర్ స్లిప్ యొక్క దిశ మరియు సమరూపతను ప్రభావితం చేస్తుంది. WTe2 యొక్క టోపోలాజికల్ లక్షణాలు, వెయిల్ పాయింట్ల సంఖ్య మరియు మొమెంటం స్పేస్‌లోని విభజన స్థాయి వంటివి సిస్టమ్ యొక్క సమరూపతపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటాయి (మూర్తి 3), క్యారియర్‌ల అసమాన ఉత్తేజితం వెయిల్ యొక్క విభిన్న ప్రవర్తనకు దారి తీస్తుంది. మొమెంటం స్పేస్‌లోని క్వాస్టిపార్టికల్స్ మరియు సిస్టమ్ యొక్క టోపోలాజికల్ లక్షణాలలో సంబంధిత మార్పులు. అందువల్ల, అధ్యయనం ఫోటోటోపోలాజికల్ దశ పరివర్తనాల కోసం స్పష్టమైన దశ రేఖాచిత్రాన్ని అందిస్తుంది (మూర్తి 4).

వెయిల్ పాయింట్ దగ్గర క్యారియర్ ఉత్తేజితం యొక్క చిరాలిటీకి శ్రద్ధ వహించాలని మరియు వేవ్ ఫంక్షన్ యొక్క పరమాణు కక్ష్య లక్షణాలను విశ్లేషించాలని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. రెండింటి యొక్క ప్రభావాలు ఒకేలా ఉంటాయి కానీ యంత్రాంగం స్పష్టంగా భిన్నంగా ఉంటుంది, ఇది వెయిల్ పాయింట్ల ఏకత్వాన్ని వివరించడానికి సైద్ధాంతిక ఆధారాన్ని అందిస్తుంది. అదనంగా, ఈ అధ్యయనంలో అవలంబించిన గణన పద్ధతి అణు మరియు ఎలక్ట్రానిక్ స్థాయిలలో సంక్లిష్ట పరస్పర చర్యలను మరియు డైనమిక్ ప్రవర్తనలను సూపర్-ఫాస్ట్ టైమ్ స్కేల్‌లో లోతుగా అర్థం చేసుకోగలదు, వాటి మైక్రోఫిజికల్ మెకానిజమ్‌లను బహిర్గతం చేస్తుంది మరియు భవిష్యత్ పరిశోధనలకు శక్తివంతమైన సాధనంగా భావిస్తున్నారు. టోపోలాజికల్ మెటీరియల్స్‌లో నాన్ లీనియర్ ఆప్టికల్ దృగ్విషయాలు.

ఫలితాలు నేచర్ కమ్యూనికేషన్స్ జర్నల్‌లో ఉన్నాయి. పరిశోధన పనికి నేషనల్ కీ రీసెర్చ్ అండ్ డెవలప్‌మెంట్ ప్లాన్, నేషనల్ నేచురల్ సైన్స్ ఫౌండేషన్ మరియు చైనీస్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్ యొక్క స్ట్రాటజిక్ పైలట్ ప్రాజెక్ట్ (కేటగిరీ B) మద్దతు ఇస్తుంది.

FIG.1.a. వృత్తాకార ధ్రువణ కాంతి కింద సానుకూల చిరాలిటీ గుర్తు (χ=+1)తో వెయిల్ పాయింట్ల కోసం చిరాలిటీ ఎంపిక నియమం; b యొక్క వెయిల్ పాయింట్ వద్ద పరమాణు కక్ష్య సమరూపత కారణంగా సెలెక్టివ్ ఉత్తేజితం. ఆన్‌లైన్ పోలరైజ్డ్ లైట్‌లో χ=+1

అంజీర్. 2. a, Td-WTe2 యొక్క అటామిక్ స్ట్రక్చర్ రేఖాచిత్రం; బి. ఫెర్మి ఉపరితలం దగ్గర బ్యాండ్ నిర్మాణం; (సి) బ్రిల్లౌయిన్ ప్రాంతంలో అధిక సౌష్టవ రేఖల వెంట పంపిణీ చేయబడిన అణు కక్ష్యల యొక్క బ్యాండ్ నిర్మాణం మరియు సాపేక్ష సహకారం, బాణాలు (1) మరియు (2) వరుసగా వెయిల్ పాయింట్‌లకు సమీపంలో లేదా దూరంగా ఉన్న ఉత్తేజాన్ని సూచిస్తాయి; డి. గామా-X దిశలో బ్యాండ్ నిర్మాణం యొక్క విస్తరణ

FIG.3.ab: స్ఫటికం యొక్క A-అక్షం మరియు B-అక్షం వెంట సరళ ధ్రువణ కాంతి ధ్రువణ దిశ యొక్క సాపేక్ష ఇంటర్లేయర్ కదలిక మరియు సంబంధిత కదలిక మోడ్ వివరించబడింది; సి. సైద్ధాంతిక అనుకరణ మరియు ప్రయోగాత్మక పరిశీలన మధ్య పోలిక; de: వ్యవస్థ యొక్క సమరూప పరిణామం మరియు kz=0 ప్లేన్‌లోని రెండు సన్నిహిత వెయిల్ పాయింట్ల యొక్క స్థానం, సంఖ్య మరియు విభజన యొక్క డిగ్రీ

అంజీర్. 4. రేఖీయ ధ్రువణ కాంతి ఫోటాన్ శక్తి (?) ω) మరియు ధ్రువణ దిశ (θ) ఆధారిత దశ రేఖాచిత్రం కోసం Td-WTe2లో ఫోటోటోపోలాజికల్ దశ పరివర్తన