లేజర్‌ల ద్వారా నియంత్రించబడే వెయిల్ క్వాసిపార్టికల్స్ యొక్క అతివేగ చలనం అధ్యయనంలో పురోగతి సాధించబడింది.

వీల్ క్వాసిపార్టికల్స్ యొక్క అతివేగ చలనం యొక్క అధ్యయనంలో పురోగతి సాధించబడింది, ఇది నియంత్రించబడుతుందిలేజర్లు

ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, టోపోలాజికల్ క్వాంటం స్థితులు మరియు టోపోలాజికల్ క్వాంటం పదార్థాలపై సైద్ధాంతిక మరియు ప్రయోగాత్మక పరిశోధన ఘనీభవించిన పదార్థ భౌతిక శాస్త్ర రంగంలో ఒక ముఖ్యమైన అంశంగా మారింది. పదార్థ వర్గీకరణ యొక్క ఒక కొత్త భావనగా, సౌష్టవం వలె టోపోలాజికల్ క్రమం కూడా ఘనీభవించిన పదార్థ భౌతిక శాస్త్రంలో ఒక ప్రాథమిక భావన. టోపోలజీపై లోతైన అవగాహన అనేది ఘనీభవించిన పదార్థ భౌతిక శాస్త్రంలోని ప్రాథమిక సమస్యలతో ముడిపడి ఉంటుంది, ఉదాహరణకు ప్రాథమిక ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణం వంటివి.క్వాంటం దశలుక్వాంటం దశ పరివర్తనాలు మరియు క్వాంటం దశలలో అనేక స్థిరమైన మూలకాల ఉత్తేజం. టోపోలాజికల్ పదార్థాలలో, ఎలక్ట్రాన్లు, ఫోనాన్లు మరియు స్పిన్ వంటి అనేక స్వేచ్ఛా పరిమాణాల మధ్య ఉండే సంధానం, పదార్థ ధర్మాలను అర్థం చేసుకోవడంలో మరియు నియంత్రించడంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది. విభిన్న పరస్పర చర్యల మధ్య తేడాను గుర్తించడానికి మరియు పదార్థ స్థితిని మార్చడానికి కాంతి ఉత్తేజాన్ని ఉపయోగించవచ్చు, తద్వారా పదార్థం యొక్క ప్రాథమిక భౌతిక ధర్మాలు, నిర్మాణాత్మక దశ పరివర్తనాలు మరియు కొత్త క్వాంటం స్థితుల గురించిన సమాచారాన్ని పొందవచ్చు. ప్రస్తుతం, కాంతి క్షేత్రం ద్వారా నడిచే టోపోలాజికల్ పదార్థాల స్థూల ప్రవర్తనకు మరియు వాటి సూక్ష్మ పరమాణు నిర్మాణం మరియు ఎలక్ట్రానిక్ ధర్మాలకు మధ్య ఉన్న సంబంధం ఒక పరిశోధనా లక్ష్యంగా మారింది.

టోపోలాజికల్ పదార్థాల కాంతి విద్యుత్ ప్రతిస్పందన ప్రవర్తన వాటి సూక్ష్మ ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణంతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. టోపోలాజికల్ సెమీ-మెటల్స్ విషయంలో, బ్యాండ్ ఖండన సమీపంలో క్యారియర్ ఉత్తేజం అనేది వ్యవస్థ యొక్క తరంగ ప్రమేయ లక్షణాలకు అత్యంత సున్నితంగా ఉంటుంది. టోపోలాజికల్ సెమీ-మెటల్స్‌లో అరేఖీయ కాంతి దృగ్విషయాల అధ్యయనం, వ్యవస్థ యొక్క ఉత్తేజిత స్థితుల భౌతిక లక్షణాలను మరింత బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి మనకు సహాయపడుతుంది, మరియు ఈ ప్రభావాలను తయారీలో ఉపయోగించవచ్చని ఆశించబడుతోంది.ఆప్టికల్ పరికరాలుమరియు సౌర ఘటాల రూపకల్పన, భవిష్యత్తులో ఆచరణాత్మక అనువర్తనాలకు అవకాశం కల్పిస్తాయి. ఉదాహరణకు, ఒక వెయిల్ సెమీ-మెటల్‌లో, వృత్తాకార ధ్రువణ కాంతి యొక్క ఫోటాన్‌ను శోషించుకోవడం వల్ల స్పిన్ తలక్రిందులు అవుతుంది, మరియు కోణీయ ద్రవ్యవేగ నిత్యత్వాన్ని పాటించడానికి, వెయిల్ కోన్ యొక్క రెండు వైపులా ఉన్న ఎలక్ట్రాన్ ఉత్తేజం వృత్తాకార ధ్రువణ కాంతి ప్రసరణ దిశలో అసమానంగా పంపిణీ చేయబడుతుంది, దీనిని కైరల్ సెలక్షన్ రూల్ (పటం 1) అంటారు.

టోపోలాజికల్ పదార్థాల యొక్క నాన్-లీనియర్ ఆప్టికల్ దృగ్విషయాల సైద్ధాంతిక అధ్యయనం సాధారణంగా పదార్థం యొక్క గ్రౌండ్ స్టేట్ లక్షణాల గణన మరియు సౌష్టవ విశ్లేషణను కలిపే పద్ధతిని అనుసరిస్తుంది. అయితే, ఈ పద్ధతిలో కొన్ని లోపాలు ఉన్నాయి: దీనికి మొమెంటం స్పేస్ మరియు రియల్ స్పేస్‌లో ఉత్తేజిత క్యారియర్‌ల యొక్క రియల్-టైమ్ డైనమిక్ సమాచారం లోపిస్తుంది, మరియు ఇది టైమ్-రిసాల్వ్డ్ ప్రయోగాత్మక గుర్తింపు పద్ధతితో ప్రత్యక్ష పోలికను ఏర్పరచలేదు. ఎలక్ట్రాన్-ఫోనాన్‌లు మరియు ఫోటాన్-ఫోనాన్‌ల మధ్య కప్లింగ్‌ను పరిగణించలేము. మరియు కొన్ని దశ పరివర్తనలు జరగడానికి ఇది చాలా కీలకం. అదనంగా, పెర్టర్బేషన్ సిద్ధాంతంపై ఆధారపడిన ఈ సైద్ధాంతిక విశ్లేషణ బలమైన కాంతి క్షేత్రం కింద భౌతిక ప్రక్రియలను పరిష్కరించలేదు. ఫస్ట్ ప్రిన్సిపుల్స్ ఆధారంగా టైమ్-డిపెండెంట్ డెన్సిటీ ఫంక్షనల్ మాలిక్యులర్ డైనమిక్స్ (TDDFT-MD) సిమ్యులేషన్ పై సమస్యలను పరిష్కరించగలదు.

ఇటీవల, చైనీస్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్/బీజింగ్ నేషనల్ రీసెర్చ్ సెంటర్ ఫర్ కాన్సంట్రేటెడ్ మ్యాటర్ ఫిజిక్స్ యొక్క ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ ఫిజిక్స్ కు చెందిన స్టేట్ కీ లేబొరేటరీ ఆఫ్ సర్ఫేస్ ఫిజిక్స్ యొక్క SF10 గ్రూప్ కు చెందిన పరిశోధకుడు మెంగ్ షెంగ్, పోస్ట్ డాక్టోరల్ పరిశోధకుడు గ్వాన్ మెంగ్జు మరియు డాక్టోరల్ విద్యార్థి వాంగ్ ఎన్ ల మార్గదర్శకత్వంలో, బీజింగ్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీకి చెందిన ప్రొఫెసర్ సన్ జియాటావో సహకారంతో, వారు స్వయంగా అభివృద్ధి చేసిన ఉత్తేజిత స్థితి డైనమిక్స్ సిమ్యులేషన్ సాఫ్ట్‌వేర్ TDAP ను ఉపయోగించారు. రెండవ రకం వెయిల్ సెమీ-మెటల్ WTe2 లో అల్ట్రాఫాస్ట్ లేజర్‌కు క్వాస్టిపార్టికల్ ఉత్తేజం యొక్క ప్రతిస్పందన లక్షణాలను పరిశోధించారు.

వెయిల్ పాయింట్ సమీపంలో క్యారియర్‌ల యొక్క సెలెక్టివ్ ఎక్సైటేషన్, కైరల్ ఎక్సైటేషన్ కోసం సాధారణ స్పిన్ సెలక్షన్ రూల్‌కు భిన్నంగా, అటామిక్ ఆర్బిటల్ సిమెట్రీ మరియు ట్రాన్సిషన్ సెలక్షన్ రూల్ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుందని చూపబడింది, మరియు దాని ఎక్సైటేషన్ మార్గాన్ని లీనియర్లీ పోలరైజ్డ్ కాంతి యొక్క పోలరైజేషన్ దిశను మరియు ఫోటాన్ శక్తిని మార్చడం ద్వారా నియంత్రించవచ్చు (FIG. 2).

వాహకాల యొక్క అసౌష్టవ ఉత్తేజం వాస్తవ అంతరిక్షంలో వివిధ దిశలలో ఫోటోకరెంట్లను ప్రేరేపిస్తుంది, ఇది వ్యవస్థ యొక్క అంతరపొర జారడం యొక్క దిశ మరియు సౌష్టవాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది. WTe2 యొక్క టోపోలాజికల్ లక్షణాలు, అనగా వెయిల్ పాయింట్ల సంఖ్య మరియు ద్రవ్యవేగ అంతరిక్షంలో విభజన స్థాయి, వ్యవస్థ యొక్క సౌష్టవంపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటాయి కాబట్టి (పటం 3), వాహకాల యొక్క అసౌష్టవ ఉత్తేజం ద్రవ్యవేగ అంతరిక్షంలో వెయిల్ క్వాస్టిపార్టికల్స్ యొక్క విభిన్న ప్రవర్తనను మరియు వ్యవస్థ యొక్క టోపోలాజికల్ లక్షణాలలో సంబంధిత మార్పులను తీసుకువస్తుంది. అందువల్ల, ఈ అధ్యయనం ఫోటోటోపోలాజికల్ దశ పరివర్తనల కోసం ఒక స్పష్టమైన దశ పటాన్ని అందిస్తుంది (పటం 4).

వెయిల్ పాయింట్ సమీపంలో క్యారియర్ ఉత్తేజం యొక్క కైరాలిటీపై శ్రద్ధ వహించాలని, మరియు తరంగ ప్రమేయం యొక్క పరమాణు ఆర్బిటల్ లక్షణాలను విశ్లేషించాలని ఫలితాలు సూచిస్తున్నాయి. ఈ రెండింటి ప్రభావాలు ఒకేలా ఉన్నప్పటికీ, వాటి యంత్రాంగం స్పష్టంగా భిన్నంగా ఉంటుంది, ఇది వెయిల్ పాయింట్ల సింగులారిటీని వివరించడానికి ఒక సైద్ధాంతిక ఆధారాన్ని అందిస్తుంది. అదనంగా, ఈ అధ్యయనంలో అవలంబించిన గణన పద్ధతి, పరమాణు మరియు ఎలక్ట్రానిక్ స్థాయిలలోని సంక్లిష్టమైన పరస్పర చర్యలను మరియు గతిశీల ప్రవర్తనలను అత్యంత వేగవంతమైన కాలమానంలో లోతుగా అర్థం చేసుకోవడానికి, వాటి సూక్ష్మ భౌతిక యంత్రాంగాలను బహిర్గతం చేయడానికి సహాయపడుతుంది. ఇది టోపోలాజికల్ పదార్థాలలో నాన్-లీనియర్ ఆప్టికల్ దృగ్విషయాలపై భవిష్యత్ పరిశోధనలకు ఒక శక్తివంతమైన సాధనంగా ఉపయోగపడుతుందని భావిస్తున్నారు.

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.

పటం 1.ఎ. వృత్తాకార ధ్రువణ కాంతి కింద ధనాత్మక కైరాలిటీ సంకేతం (χ=+1) ఉన్న వెయిల్ పాయింట్ల కోసం కైరాలిటీ ఎంపిక నియమం; బి. ఆన్‌లైన్ ధ్రువణ కాంతిలో χ=+1 ఉన్న వెయిల్ పాయింట్ వద్ద పరమాణు ఆర్బిటల్ సౌష్టవం కారణంగా ఎంపిక చేసిన ఉత్తేజం

పటం 2. a. Td-WTe2 యొక్క పరమాణు నిర్మాణ రేఖాచిత్రం; b. ఫెర్మీ ఉపరితలం సమీపంలో బ్యాండ్ నిర్మాణం; (c) బ్రిల్లోయిన్ ప్రాంతంలో అధిక సౌష్టవ రేఖల వెంబడి పంపిణీ చేయబడిన పరమాణు ఆర్బిటాల్‌ల బ్యాండ్ నిర్మాణం మరియు సాపేక్ష సహకారాలు, బాణాలు (1) మరియు (2) వరుసగా వెయిల్ పాయింట్‌లకు సమీపంలో లేదా దూరంగా ఉన్న ఉత్తేజనాన్ని సూచిస్తాయి; d. గామా-X దిశలో బ్యాండ్ నిర్మాణం యొక్క విస్తరణ

పటం 3.ab: స్ఫటికం యొక్క A-అక్షం మరియు B-అక్షం వెంబడి రేఖీయ ధ్రువణ కాంతి ధ్రువణ దిశ యొక్క సాపేక్ష అంతరపొర చలనం, మరియు దానికి సంబంధించిన చలన విధానం వివరించబడింది; C. సైద్ధాంతిక అనుకరణ మరియు ప్రయోగాత్మక పరిశీలన మధ్య పోలిక; de: వ్యవస్థ యొక్క సౌష్టవ పరిణామం మరియు kz=0 తలంలో అత్యంత సమీపంలో ఉన్న రెండు వెయిల్ బిందువుల స్థానం, సంఖ్య మరియు వాటి మధ్య దూరం.

పటం 4. రేఖీయ ధ్రువణ కాంతి ఫోటాన్ శక్తి (ω) మరియు ధ్రువణ దిశ (θ) పై ఆధారపడిన దశ రేఖాచిత్రం కోసం Td-WTe2 లో ఫోటోటోపోలాజికల్ దశ పరివర్తన.