በሌዘር ቁጥጥር ስር ባሉ የዌይል ኳሲፓርክልስ እጅግ ፈጣን እንቅስቃሴ ጥናት ላይ እድገት ታይቷል

በዌይል ኳሲፓርክልስ ቁጥጥር ስር ባሉ እጅግ ፈጣን እንቅስቃሴ ጥናት ላይ እድገት ታይቷል።ሌዘር

በቅርብ ዓመታት ውስጥ፣ በቶፖሎጂካል ኳንተም ግዛቶች እና በቶፖሎጂካል ኳንተም ቁሶች ላይ የተደረጉ የቲዎሬቲካል እና የሙከራ ጥናቶች በተጨመቀ ቁስ ፊዚክስ መስክ ትኩስ ርዕስ ሆነዋል። እንደ አዲስ የቁስ ምደባ ጽንሰ-ሀሳብ፣ እንደ ሲሜትሪ፣ እንደ ቶፖሎጂ፣ በተጨመቀ ቁስ ፊዚክስ ውስጥ መሠረታዊ ፅንሰ-ሀሳብ ነው። ስለ ቶፖሎጂ ጥልቅ ግንዛቤ ከተጨመቀ ቁስ ፊዚክስ መሰረታዊ ችግሮች ጋር የተያያዘ ነው፣ ለምሳሌ መሰረታዊ የኤሌክትሮኒክስ መዋቅርየኳንተም ምዕራፎችኳንተም ፌዝ ሽግግሮች እና በኳንተም ፌዝ ውስጥ ያሉ ብዙ የማይንቀሳቀሱ ንጥረ ነገሮች መነቃቃት። በቶፖሎጂካል ቁሶች ውስጥ፣ እንደ ኤሌክትሮኖች፣ ፎኖኖች እና ስፒን ባሉ በርካታ የነፃነት ደረጃዎች መካከል ያለው ትስስር የቁሳቁስ ባህሪያትን በመረዳት እና በመቆጣጠር ረገድ ወሳኝ ሚና ይጫወታል። የብርሃን ማነቃቂያ የተለያዩ መስተጋብሮችን ለመለየት እና የቁስ ሁኔታን ለመቆጣጠር ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል፣ እና ስለ ቁሱ መሰረታዊ አካላዊ ባህሪያት፣ መዋቅራዊ የፌዝ ሽግግሮች እና አዳዲስ የኳንተም ግዛቶች መረጃ ማግኘት ይቻላል። በአሁኑ ጊዜ፣ በብርሃን መስክ የሚነዱ የቶፖሎጂ ቁሶች ማክሮስኮፒክ ባህሪ እና በማይክሮስኮፒክ የአቶሚክ አወቃቀራቸው እና በኤሌክትሮኒክ ባህሪያቸው መካከል ያለው ግንኙነት የምርምር ግብ ሆኗል።

የቶፖሎጂካል ቁሶች የፎቶኤሌክትሪክ ምላሽ ባህሪ ከማይክሮስኮፒክ ኤሌክትሮኒክ አወቃቀሩ ጋር በቅርበት የተቆራኘ ነው። ለቶፖሎጂካል ከፊል-ብረቶች፣ በባንድ መገናኛው አቅራቢያ ያለው ተሸካሚ ማነቃቂያ ለስርዓቱ የሞገድ ተግባር ባህሪያት በጣም ስሜታዊ ነው። በቶፖሎጂካል ከፊል-ብረቶች ውስጥ መስመራዊ ያልሆኑ የኦፕቲካል ክስተቶች ጥናት የስርዓቱን አስደሳች ሁኔታዎች አካላዊ ባህሪያት በተሻለ ለመረዳት ይረዳናል፣ እና እነዚህ ተፅእኖዎች በማምረት ውስጥ ጥቅም ላይ ሊውሉ እንደሚችሉ ይጠበቃል።የኦፕቲካል መሳሪያዎችእና የፀሐይ ሴሎች ዲዛይን፣ ለወደፊቱ ተግባራዊ ሊሆኑ የሚችሉ አፕሊኬሽኖችን ይሰጣል። ለምሳሌ፣ በዌይል ከፊል-ሜታል ውስጥ፣ ክብ ቅርጽ ያለው ፖላራይዝድ ብርሃን ፎቶን መምጠጥ ስፒኑ እንዲገለበጥ ያደርገዋል፣ እና የማዕዘን ሞመንተም ጥበቃን ለማሟላት፣ በዌይል ኮን በሁለቱም ጎኖች ላይ ያለው የኤሌክትሮን ማነቃቂያ በክብ ቅርጽ ያለው ፖላራይዝድ የብርሃን ስርጭት አቅጣጫ ላይ ባልተመጣጠነ ሁኔታ ይሰራጫል፣ ይህም የቺራል ምርጫ ደንብ ይባላል (ምስል 1)።

የቶፖሎጂካል ቁሶች መስመራዊ ያልሆኑ የኦፕቲካል ክስተቶች የቲዎሬቲካል ጥናት ብዙውን ጊዜ የቁሳዊ መሬት ሁኔታ ባህሪያትን እና የሲሜትሪ ትንተናን የማጣመር ዘዴን ይጠቀማል። ሆኖም፣ ይህ ዘዴ አንዳንድ ጉድለቶች አሉት፡- በሞመንተም ቦታ እና በእውነተኛ ቦታ ውስጥ ያሉ የተነቃቁ ተሸካሚዎች የእውነተኛ ጊዜ ተለዋዋጭ መረጃ ይጎድለዋል፣ እና በጊዜ ከተፈታ የሙከራ ማወቂያ ዘዴ ጋር ቀጥተኛ ንጽጽር መመስረት አይችልም። በኤሌክትሮን-ፎኖኖች እና በፎቶን-ፎኖኖች መካከል ያለው ትስስር ግምት ውስጥ መግባት አይቻልም። እና ይህ ለተወሰኑ የደረጃ ሽግግሮች መከሰት ወሳኝ ነው። በተጨማሪም፣ በብጥብጥ ቲዎሪ ላይ የተመሠረተው ይህ የቲዎሬቲካል ትንተና በጠንካራ የብርሃን መስክ ስር ያሉትን አካላዊ ሂደቶች መቋቋም አይችልም። በመጀመሪያ መርሆዎች ላይ የተመሠረተው የጊዜ-ጥገኛ ጥግግት ተግባራዊ ሞለኪውላዊ ተለዋዋጭነት (TDDFT-MD) ማስመሰል ከላይ የተጠቀሱትን ችግሮች ሊፈታ ይችላል።

በቅርቡ፣ በተመራማሪው ሜንግ ሼንግ፣ የድህረ ዶክትሬት ተመራማሪ ጓን ሜንግሱ እና የዶክትሬት ተማሪ ዋንግ ኢን የቻይና የሳይንስ አካዳሚ የፊዚክስ ተቋም የስቴት ቁልፍ ላብራቶሪ ኦፍ ላብራቶሪ ኦፍ ላብራቶሪ SF10 ቡድን/የቤጂንግ ብሔራዊ የምርምር ማዕከል ለኮንሰንትሬትድ ማተር ፊዚክስ ከቤጂንግ የቴክኖሎጂ ተቋም ፕሮፌሰር ሱን ጂያታኦ ጋር በመተባበር፣ እራሱን የዳበረውን የተነቃቃ ሁኔታ ዳይናሚክስ ማስመሰል ሶፍትዌር TDAP ተጠቅመዋል። በሁለተኛው የዌይል ከፊል-ሜታል WTe2 አይነት ውስጥ ለአልትራፋስት ሌዘር የኳስቲፓርክልስ ማነቃቂያ የምላሽ ባህሪያት ተመርምረዋል።

በዌይል ነጥብ አቅራቢያ ያሉ ተሸካሚዎች የሚመረጡት መነቃቃት የሚወሰነው በአቶሚክ ምህዋር ሲሜትሪ እና በሽግግር ምርጫ ደንብ እንደሆነ ታይቷል፣ ይህም ለቺራል ማነቃቂያ ከተለመደው የማሽከርከር ምርጫ ደንብ የተለየ ነው፣ እና የማነቃቂያ መንገዱ በመስመራዊ ፖላራይዝድ ብርሃን እና በፎቶን ኃይል የፖላራይዝድ አቅጣጫን በመቀየር ሊቆጣጠር ይችላል (ምስል 2)።

የተሸካሚዎች ያልተመጣጠነ ማነቃቂያ በእውነተኛ ቦታ ውስጥ የፎቶ ጅረቶችን በተለያዩ አቅጣጫዎች ያስነሳል፣ ይህም የስርዓቱን የንብርብር ተንሸራታች አቅጣጫ እና ሲሜትሪ ይነካል። የWTe2 ቶፖሎጂካል ባህሪያት፣ እንደ የዌይል ነጥቦች ብዛት እና በሞመንተም ቦታ ውስጥ ያለው የመለያየት ደረጃ፣ በስርዓቱ ሲሜትሪ ላይ በጣም ጥገኛ ስለሆኑ (ምስል 3)፣ የተሸካሚዎች ያልተመጣጠነ ማነቃቂያ በሞመንተም ቦታ ውስጥ የዌይል ኳስቲፓርክሎች የተለያዩ ባህሪያትን እና በስርዓቱ ቶፖሎጂካል ባህሪያት ላይ ተዛማጅ ለውጦችን ያመጣል። ስለዚህ፣ ጥናቱ ለፎቶቶፖሎጂካል ደረጃ ሽግግሮች ግልጽ የሆነ የደረጃ ንድፍ ያቀርባል (ምስል 4)።

ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት በዌይል ነጥብ አቅራቢያ ያለው የተሸካሚ ​​ማነቃቂያ ትኩረት ሊሰጠው የሚገባ ሲሆን የሞገድ ተግባር አቶሚክ የምህዋር ባህሪያትም መተንተን አለባቸው። የሁለቱም ተፅእኖዎች ተመሳሳይ ናቸው ነገር ግን ዘዴው በግልጽ የተለየ ነው፣ ይህም የዌይል ነጥቦችን ነጠላነት ለማብራራት የንድፈ ሀሳብ መሰረት ይሰጣል። በተጨማሪም፣ በዚህ ጥናት ውስጥ የተወሰደው የኮምፒውተር ዘዴ በአቶሚክ እና በኤሌክትሮኒክስ ደረጃዎች ውስጥ ውስብስብ መስተጋብሮችን እና ተለዋዋጭ ባህሪያትን እጅግ በጣም ፈጣን በሆነ የጊዜ ሚዛን በጥልቀት ሊረዳ፣ ማይክሮፊዚካል ስልቶቻቸውን ሊያሳይ ይችላል፣ እና በቶፖሎጂካል ቁሶች ውስጥ መስመራዊ ያልሆኑ የኦፕቲካል ክስተቶችን በተመለከተ ለወደፊት ምርምር ኃይለኛ መሳሪያ እንደሚሆን ይጠበቃል።

ውጤቶቹ በኔቸር ኮሙኒኬሽንስ ጆርናል ላይ ይገኛሉ። የምርምር ስራው በብሔራዊ ቁልፍ ምርምር እና ልማት እቅድ፣ በብሔራዊ የተፈጥሮ ሳይንስ ፋውንዴሽን እና በቻይና የሳይንስ አካዳሚ ስትራቴጂካዊ የሙከራ ፕሮጀክት (ምድብ ለ) የተደገፈ ነው።

ምስል 1.a. በክብ ፖላራይዝድ ብርሃን ስር አዎንታዊ የቺራሊቲ ምልክት (χ=+1) ያላቸው የዌይል ነጥቦች የቺራሊቲ ምርጫ ደንብ፤ በዌል ነጥብ ላይ በአቶሚክ ምህዋር ሲሜትሪ ምክንያት የሚመረጥ መነቃቃት። χ=+1 በመስመር ላይ ፖላራይዝድ ብርሃን ውስጥ

ምስል 2. የ a, Td-WTe2 የአቶሚክ መዋቅር ንድፍ፤ ለ. በፈርሚ ወለል አቅራቢያ ያለው የባንድ መዋቅር፤ (ሐ) በብሪሉዊን ክልል ውስጥ በከፍተኛ ሲሜትሪክ መስመሮች ላይ የተከፋፈሉ የአቶሚክ ምህዋሮች የባንድ መዋቅር እና አንጻራዊ አስተዋፅዖዎች፣ ቀስቶች (1) እና (2) በቅደም ተከተል ከዌይል ነጥቦች አጠገብ ወይም ራቅ ብለው መነቃቃትን ይወክላሉ፤ መ. በጋማ-ኤክስ አቅጣጫ የባንድ መዋቅር ማጉላት

ምስል 3.ab፡- በመስመራዊ ፖላራይዝድ የብርሃን ፖላራይዜሽን አቅጣጫ አንጻራዊ የንብርብር እንቅስቃሴ በክሪስታል A-ዘንግ እና B-ዘንግ እና ተጓዳኝ የእንቅስቃሴ ሁነታ ላይ ይታያል፤ ሐ. በቲዎሬቲካል ማስመሰል እና በሙከራ ምልከታ መካከል ያለው ንጽጽር፤ de: የስርዓቱ ሲሜትሪ ዝግመተ ለውጥ እና በ kz=0 አውሮፕላን ውስጥ ያሉት ሁለቱ በጣም ቅርብ የሆኑ የዌል ነጥቦች አቀማመጥ፣ ቁጥር እና የመለያየት ደረጃ።

ምስል 4. በTd-WTe2 ውስጥ ለቀጥተኛ ፖላራይዝድ የብርሃን ፎቶን ኃይል (?) ω) እና ለፖላራይዝድ አቅጣጫ (θ) ጥገኛ የደረጃ ንድፍ የፎቶቶፖሎጂካል ምዕራፍ ሽግግር