లేజర్లచే నియంత్రించబడే వెయిల్ క్వాసిపార్టికల్స్ యొక్క అల్ట్రాఫాస్ట్ మోషన్ అధ్యయనంలో పురోగతి సాధించబడింది.

నియంత్రించబడే వెయిల్ క్వాసిపార్టికల్స్ యొక్క అతివేగ కదలిక అధ్యయనంలో పురోగతి సాధించబడిందిలేజర్‌లు

ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, టోపోలాజికల్ క్వాంటం స్థితులు మరియు టోపోలాజికల్ క్వాంటం పదార్థాలపై సైద్ధాంతిక మరియు ప్రయోగాత్మక పరిశోధనలు ఘనీభవించిన పదార్థ భౌతిక శాస్త్ర రంగంలో చర్చనీయాంశంగా మారాయి. పదార్థ వర్గీకరణ యొక్క కొత్త భావనగా, సమరూపత వంటి టోపోలాజికల్ క్రమం ఘనీభవించిన పదార్థ భౌతిక శాస్త్రంలో ఒక ప్రాథమిక భావన. టోపోలాజీ యొక్క లోతైన అవగాహన ఘనీభవించిన పదార్థ భౌతిక శాస్త్రంలోని ప్రాథమిక సమస్యలకు సంబంధించినది, ఉదాహరణకు ప్రాథమిక ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణంక్వాంటం దశలు, క్వాంటం దశలలో అనేక స్థిరీకరించని మూలకాల యొక్క క్వాంటం దశ పరివర్తనాలు మరియు ఉత్తేజం. టోపోలాజికల్ పదార్థాలలో, ఎలక్ట్రాన్లు, ఫోనాన్లు మరియు స్పిన్ వంటి అనేక డిగ్రీల స్వేచ్ఛ మధ్య సంయోగం పదార్థ లక్షణాలను అర్థం చేసుకోవడంలో మరియు నియంత్రించడంలో నిర్ణయాత్మక పాత్ర పోషిస్తుంది. విభిన్న పరస్పర చర్యల మధ్య తేడాను గుర్తించడానికి మరియు పదార్థ స్థితిని మార్చడానికి కాంతి ఉత్తేజాన్ని ఉపయోగించవచ్చు మరియు పదార్థం యొక్క ప్రాథమిక భౌతిక లక్షణాలు, నిర్మాణ దశ పరివర్తనాలు 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 లక్ష్యంగా మారింది.

టోపోలాజికల్ పదార్థాల ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రతిస్పందన ప్రవర్తన దాని సూక్ష్మ ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణంతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. టోపోలాజికల్ సెమీ-లోహాల కోసం, బ్యాండ్ ఖండన దగ్గర క్యారియర్ ఉత్తేజనం వ్యవస్థ యొక్క తరంగ ఫంక్షన్ లక్షణాలకు చాలా సున్నితంగా ఉంటుంది. టోపోలాజికల్ సెమీ-లోహాలలో నాన్ లీనియర్ ఆప్టికల్ దృగ్విషయాల అధ్యయనం వ్యవస్థ యొక్క ఉత్తేజిత స్థితుల భౌతిక లక్షణాలను బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి మాకు సహాయపడుతుంది మరియు ఈ ప్రభావాలను తయారీలో ఉపయోగించవచ్చని భావిస్తున్నారుఆప్టికల్ పరికరాలుమరియు సౌర ఘటాల రూపకల్పన, భవిష్యత్తులో సంభావ్య ఆచరణాత్మక అనువర్తనాలను అందిస్తుంది. ఉదాహరణకు, వెయిల్ సెమీ-మెటల్‌లో, వృత్తాకార ధ్రువణ కాంతి యొక్క ఫోటాన్‌ను గ్రహించడం వలన స్పిన్ ఫ్లిప్ అవుతుంది మరియు కోణీయ మొమెంటం పరిరక్షణను తీర్చడానికి, వెయిల్ కోన్ యొక్క రెండు వైపులా ఎలక్ట్రాన్ ఉత్తేజం వృత్తాకార ధ్రువణ కాంతి ప్రచారం దిశలో అసమానంగా పంపిణీ చేయబడుతుంది, దీనిని చిరల్ ఎంపిక నియమం అని పిలుస్తారు (చిత్రం 1).

టోపోలాజికల్ పదార్థాల నాన్ లీనియర్ ఆప్టికల్ దృగ్విషయాల సైద్ధాంతిక అధ్యయనం సాధారణంగా పదార్థ గ్రౌండ్ స్టేట్ లక్షణాల గణన మరియు సమరూప విశ్లేషణను కలిపే పద్ధతిని అవలంబిస్తుంది. అయితే, ఈ పద్ధతిలో కొన్ని లోపాలు ఉన్నాయి: మొమెంటం స్పేస్ మరియు రియల్ స్పేస్‌లో ఉత్తేజిత క్యారియర్‌ల యొక్క నిజ-సమయ డైనమిక్ సమాచారం దీనికి లేదు మరియు ఇది సమయ-పరిష్కార ప్రయోగాత్మక గుర్తింపు పద్ధతితో ప్రత్యక్ష పోలికను ఏర్పాటు చేయదు. ఎలక్ట్రాన్-ఫోనాన్‌లు మరియు ఫోటాన్-ఫోనాన్‌ల మధ్య కలయికను పరిగణించలేము. మరియు కొన్ని దశ పరివర్తనాలు జరగడానికి ఇది చాలా ముఖ్యమైనది. అదనంగా, పెర్టర్బేషన్ సిద్ధాంతం ఆధారంగా ఈ సైద్ధాంతిక విశ్లేషణ బలమైన కాంతి క్షేత్రం కింద భౌతిక ప్రక్రియలతో వ్యవహరించదు. మొదటి సూత్రాల ఆధారంగా సమయ-ఆధారిత సాంద్రత ఫంక్షనల్ మాలిక్యులర్ డైనమిక్స్ (TDDFT-MD) అనుకరణ పైన పేర్కొన్న సమస్యలను పరిష్కరించగలదు.

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

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

క్యారియర్‌ల అసమాన ఉత్తేజితం వాస్తవ స్థలంలో వేర్వేరు దిశల్లో ఫోటోకరెంట్‌లను ప్రేరేపిస్తుంది, ఇది వ్యవస్థ యొక్క ఇంటర్‌లేయర్ స్లిప్ యొక్క దిశ మరియు సమరూపతను ప్రభావితం చేస్తుంది. WTe2 యొక్క టోపోలాజికల్ లక్షణాలు, వెయిల్ పాయింట్ల సంఖ్య మరియు మొమెంటం స్పేస్‌లో విభజన స్థాయి వంటివి వ్యవస్థ యొక్క సమరూపతపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటాయి కాబట్టి (చిత్రం 3), క్యారియర్‌ల అసమాన ఉత్తేజితం మొమెంటం స్పేస్‌లో వెయిల్ క్వాస్టిపార్టికల్స్ యొక్క విభిన్న ప్రవర్తనను మరియు వ్యవస్థ యొక్క టోపోలాజికల్ లక్షణాలలో సంబంధిత మార్పులను తెస్తుంది. అందువలన, అధ్యయనం ఫోటోటోపోలాజికల్ దశ పరివర్తనల కోసం స్పష్టమైన దశ రేఖాచిత్రాన్ని అందిస్తుంది (చిత్రం 4).

వెయిల్ పాయింట్ దగ్గర క్యారియర్ ఉత్తేజితం యొక్క చిరాలిటీకి శ్రద్ధ వహించాలని మరియు వేవ్ ఫంక్షన్ యొక్క అణు కక్ష్య లక్షణాలను విశ్లేషించాలని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. రెండింటి 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 చర్యలు మరియు డైనమిక్ ప్రవర్తనలను సూపర్-ఫాస్ట్ టైమ్ స్కేల్‌లో లోతుగా అర్థం చేసుకోగలదు, వాటి మైక్రోఫిజికల్ మెకానిజమ్‌లను వెల్లడిస్తుంది మరియు టోపోలాజికల్ పదార్థాలలో నాన్ లీనియర్ ఆప్టికల్ దృగ్విషయాలపై భవిష్యత్తు పరిశోధనలకు శక్తివంతమైన సాధనంగా ఉంటుందని భావిస్తున్నారు.

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

FIG.1.a. వృత్తాకార ధ్రువణ కాంతి కింద సానుకూల కైరాలిటీ గుర్తు (χ=+1) ఉన్న వెయిల్ పాయింట్ల కోసం కైరాలిటీ ఎంపిక నియమం; ఆన్-లైన్ ధ్రువణ కాంతిలో b. χ=+1 యొక్క వెయిల్ పాయింట్ వద్ద అణు కక్ష్య సమరూపత కారణంగా ఎంపిక ఉత్తేజం.

FIG. 2. a, Td-WTe2 యొక్క అణు నిర్మాణ రేఖాచిత్రం; b. ఫెర్మి ఉపరితలం దగ్గర బ్యాండ్ నిర్మాణం; (c) బ్రిల్లౌయిన్ ప్రాంతంలో అధిక సుష్ట రేఖల వెంట పంపిణీ చేయబడిన అణు ఆర్బిటాళ్ల బ్యాండ్ నిర్మాణం మరియు సాపేక్ష సహకారాలు, బాణాలు (1) మరియు (2) వరుసగా వెయిల్ పాయింట్ల దగ్గర లేదా దూరంగా ఉత్తేజాన్ని సూచిస్తాయి; d. గామా-X దిశలో బ్యాండ్ నిర్మాణం యొక్క విస్తరణ.

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

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