ലേസർ നിയന്ത്രിത വെയിൽ ക്വാസിപാർട്ടിക്കിളുകളുടെ അൾട്രാഫാസ്റ്റ് ചലനത്തെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിൽ പുരോഗതി കൈവരിച്ചു.

നിയന്ത്രിക്കുന്ന വെയിൽ ക്വാസിപാർട്ടിക്കിളുകളുടെ അൾട്രാഫാസ്റ്റ് ചലനത്തെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിൽ പുരോഗതി കൈവരിച്ചു.ലേസറുകൾ

സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, ടോപ്പോളജിക്കൽ ക്വാണ്ടം സ്റ്റേറ്റുകളെയും ടോപ്പോളജിക്കൽ ക്വാണ്ടം മെറ്റീരിയലുകളെയും കുറിച്ചുള്ള സൈദ്ധാന്തികവും പരീക്ഷണാത്മകവുമായ ഗവേഷണം ഘനീഭവിച്ച ദ്രവ്യ ഭൗതികശാസ്ത്ര മേഖലയിൽ ചർച്ചാവിഷയമായി മാറിയിരിക്കുന്നു. ദ്രവ്യ വർഗ്ഗീകരണത്തിൻ്റെ ഒരു പുതിയ ആശയമെന്ന നിലയിൽ, സമമിതി പോലെ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഓർഡർ, ഘനീഭവിച്ച ദ്രവ്യ ഭൗതികത്തിലെ ഒരു അടിസ്ഥാന ആശയമാണ്. ടോപ്പോളജിയെക്കുറിച്ചുള്ള ആഴത്തിലുള്ള ധാരണ ഘനീഭവിച്ച ദ്രവ്യ ഭൗതികത്തിലെ അടിസ്ഥാന പ്രശ്നങ്ങളുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, അതായത് അടിസ്ഥാന ഇലക്ട്രോണിക് ഘടനക്വാണ്ടം ഘട്ടങ്ങൾ, ക്വാണ്ടം ഫേസ് ട്രാൻസിഷനുകളും ക്വാണ്ടം ഘട്ടങ്ങളിലെ അനവധി നിശ്ചല മൂലകങ്ങളുടെ ആവേശവും. ടോപ്പോളജിക്കൽ മെറ്റീരിയലുകളിൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾ, ഫോണോണുകൾ, സ്പിൻ എന്നിവ പോലെയുള്ള സ്വാതന്ത്ര്യത്തിൻ്റെ പല ഡിഗ്രികളും തമ്മിലുള്ള സംയോജനം ഭൗതിക ഗുണങ്ങളെ മനസ്സിലാക്കുന്നതിലും നിയന്ത്രിക്കുന്നതിലും നിർണായക പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. വ്യത്യസ്‌ത ഇടപെടലുകൾ തമ്മിൽ വേർതിരിച്ചറിയാനും ദ്രവ്യത്തിൻ്റെ അവസ്ഥ കൈകാര്യം ചെയ്യാനും ലൈറ്റ് എക്‌സിറ്റേഷൻ ഉപയോഗിക്കാം, കൂടാതെ മെറ്റീരിയലിൻ്റെ അടിസ്ഥാന ഭൗതിക സവിശേഷതകൾ, ഘടനാപരമായ ഘട്ട സംക്രമണങ്ങൾ, പുതിയ ക്വാണ്ടം അവസ്ഥകൾ എന്നിവയെക്കുറിച്ചുള്ള വിവരങ്ങൾ ലഭിക്കും. നിലവിൽ, പ്രകാശമണ്ഡലത്താൽ നയിക്കപ്പെടുന്ന ടോപ്പോളജിക്കൽ വസ്തുക്കളുടെ മാക്രോസ്കോപ്പിക് സ്വഭാവവും അവയുടെ സൂക്ഷ്മ ആറ്റോമിക് ഘടനയും ഇലക്ട്രോണിക് ഗുണങ്ങളും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം ഒരു ഗവേഷണ ലക്ഷ്യമായി മാറിയിരിക്കുന്നു.

ടോപ്പോളജിക്കൽ മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഫോട്ടോ ഇലക്ട്രിക് പ്രതികരണ സ്വഭാവം അതിൻ്റെ സൂക്ഷ്മ ഇലക്ട്രോണിക് ഘടനയുമായി അടുത്ത ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ടോപ്പോളജിക്കൽ സെമി-മെറ്റലുകൾക്ക്, ബാൻഡ് ഇൻ്റർസെക്ഷന് സമീപമുള്ള കാരിയർ എക്സിറ്റേഷൻ സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ തരംഗ പ്രവർത്തന സവിശേഷതകളോട് വളരെ സെൻസിറ്റീവ് ആണ്. ടോപ്പോളജിക്കൽ സെമി-മെറ്റലുകളിലെ നോൺ-ലീനിയർ ഒപ്റ്റിക്കൽ പ്രതിഭാസങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനം സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ ആവേശകരമായ അവസ്ഥകളുടെ ഭൗതിക സവിശേഷതകൾ നന്നായി മനസ്സിലാക്കാൻ ഞങ്ങളെ സഹായിക്കും, കൂടാതെ ഈ ഇഫക്റ്റുകൾ നിർമ്മാണത്തിൽ ഉപയോഗിക്കാമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾകൂടാതെ സോളാർ സെല്ലുകളുടെ രൂപകല്പന, ഭാവിയിൽ സാധ്യതയുള്ള പ്രായോഗിക പ്രയോഗങ്ങൾ നൽകുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, വെയ്ൽ അർദ്ധ-ലോഹത്തിൽ, വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട പ്രകാശത്തിൻ്റെ ഫോട്ടോൺ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നത് സ്പിൻ ഫ്ലിപ്പിന് കാരണമാകും, കോണീയ ആക്കം സംരക്ഷിക്കുന്നതിന്, വെയിൽ കോണിൻ്റെ ഇരുവശത്തുമുള്ള ഇലക്ട്രോൺ ആവേശം അസമമായി വിതരണം ചെയ്യപ്പെടും. വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട പ്രകാശപ്രചരണത്തിൻ്റെ ദിശ, അതിനെ ചിറൽ സെലക്ഷൻ റൂൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു (ചിത്രം 1).

ടോപ്പോളജിക്കൽ മെറ്റീരിയലുകളുടെ രേഖീയമല്ലാത്ത ഒപ്റ്റിക്കൽ പ്രതിഭാസങ്ങളുടെ സൈദ്ധാന്തിക പഠനം സാധാരണയായി മെറ്റീരിയൽ ഗ്രൗണ്ട് സ്റ്റേറ്റ് പ്രോപ്പർട്ടികളുടെ കണക്കുകൂട്ടലും സമമിതി വിശകലനവും സംയോജിപ്പിക്കുന്ന രീതിയാണ് സ്വീകരിക്കുന്നത്. എന്നിരുന്നാലും, ഈ രീതിക്ക് ചില പോരായ്മകളുണ്ട്: ഇതിന് മൊമെൻ്റം സ്‌പെയ്‌സിലെയും യഥാർത്ഥ സ്‌പെയ്‌സിലെയും ആവേശകരമായ കാരിയറുകളുടെ തത്സമയ ചലനാത്മക വിവരങ്ങൾ ഇല്ല, മാത്രമല്ല സമയപരിഹരിച്ച പരീക്ഷണാത്മക കണ്ടെത്തൽ രീതിയുമായി ഇതിന് നേരിട്ട് താരതമ്യം ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല. ഇലക്ട്രോൺ-ഫോണോണുകളും ഫോട്ടോൺ-ഫോണണുകളും തമ്മിലുള്ള സംയോജനം പരിഗണിക്കാനാവില്ല. ചില ഘട്ട സംക്രമണങ്ങൾ സംഭവിക്കുന്നതിന് ഇത് നിർണായകമാണ്. കൂടാതെ, പ്രക്ഷുബ്ധത സിദ്ധാന്തത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഈ സൈദ്ധാന്തിക വിശകലനം ശക്തമായ പ്രകാശമണ്ഡലത്തിന് കീഴിലുള്ള ഭൗതിക പ്രക്രിയകളെ കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല. ആദ്യ തത്വങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സമയ-ആശ്രിത സാന്ദ്രത ഫങ്ഷണൽ മോളിക്യുലാർ ഡൈനാമിക്സ് (TDDFT-MD) സിമുലേഷന് മുകളിൽ പറഞ്ഞ പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കാൻ കഴിയും.

അടുത്തിടെ, ഗവേഷകനായ മെങ് ഷെങ്ങിൻ്റെ മാർഗനിർദേശപ്രകാരം, ചൈനീസ് അക്കാദമി ഓഫ് സയൻസസിൻ്റെ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ഫിസിക്‌സിൻ്റെ സ്റ്റേറ്റ് കീ ലബോറട്ടറി ഓഫ് സർഫേസ് ഫിസിക്‌സിൻ്റെ SF10 ഗ്രൂപ്പിലെ പോസ്റ്റ്ഡോക്ടറൽ ഗവേഷകനായ ഗുവാൻ മെങ്‌ക്യുവും ഡോക്ടറൽ വിദ്യാർത്ഥി വാങ് എൻ. ഫിസിക്സ്, ബീജിംഗ് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്നോളജിയിലെ പ്രൊഫസർ സൺ ജിയാറ്റോയുമായി സഹകരിച്ച്, അവർ സ്വയം വികസിപ്പിച്ച എക്സൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ് ഡൈനാമിക്സ് സിമുലേഷൻ സോഫ്റ്റ്വെയർ TDAP ഉപയോഗിച്ചു. രണ്ടാം തരം വെയിൽ സെമി-മെറ്റൽ WTe2-ലെ അൾട്രാഫാസ്റ്റ് ലേസറിലേക്കുള്ള ക്വാസ്റ്റിപാർട്ടിക്കിൾ എക്‌സിറ്റേഷൻ്റെ പ്രതികരണ സവിശേഷതകൾ അന്വേഷിക്കപ്പെടുന്നു.

വെയിൽ പോയിൻ്റിന് സമീപമുള്ള കാരിയറുകളുടെ സെലക്ടീവ് എക്‌സിറ്റേഷൻ നിർണ്ണയിക്കുന്നത് ആറ്റോമിക് ഓർബിറ്റൽ സിമെട്രിയും ട്രാൻസിഷൻ സെലക്ഷൻ റൂളുമാണ്, ഇത് ചിറൽ എക്‌സൈറ്റേഷനുള്ള സാധാരണ സ്പിൻ സെലക്ഷൻ റൂളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമാണ്, കൂടാതെ ധ്രുവീകരണ ദിശ മാറ്റുന്നതിലൂടെ അതിൻ്റെ ആവേശ പാത നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും. രേഖീയമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട പ്രകാശത്തിൻ്റെയും ഫോട്ടോൺ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെയും (FIG. 2).

കാരിയറുകളുടെ അസമമായ ആവേശം യഥാർത്ഥ സ്ഥലത്ത് വ്യത്യസ്ത ദിശകളിലേക്ക് ഫോട്ടോകറൻ്റുകളെ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ ഇൻ്റർലേയർ സ്ലിപ്പിൻ്റെ ദിശയെയും സമമിതിയെയും ബാധിക്കുന്നു. WTe2-ൻ്റെ ടോപ്പോളജിക്കൽ പ്രോപ്പർട്ടികൾ, വെയിൽ പോയിൻ്റുകളുടെ എണ്ണം, മൊമെൻ്റം സ്പേസിലെ വേർതിരിവിൻ്റെ അളവ് എന്നിവ സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ സമമിതിയെ വളരെയധികം ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു (ചിത്രം 3), കാരിയറുകളുടെ അസമമായ ആവേശം വെയ്ലിൻ്റെ വ്യത്യസ്ത സ്വഭാവത്തിന് കാരണമാകും. മൊമെൻ്റം സ്‌പെയ്‌സിലെ ക്വാസ്‌റ്റിപാർട്ടിക്കിളുകളും സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ ടോപ്പോളജിക്കൽ ഗുണങ്ങളിലുള്ള മാറ്റങ്ങളും. അങ്ങനെ, ഫോട്ടോടോപ്പോളജിക്കൽ ഫേസ് ട്രാൻസിഷനുകൾക്കായി പഠനം വ്യക്തമായ ഘട്ടം ഡയഗ്രം നൽകുന്നു (ചിത്രം 4).

വെയ്ൽ പോയിൻ്റിന് സമീപമുള്ള കാരിയർ എക്‌സൈറ്റേഷൻ്റെ കൈരാലിറ്റി ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതുണ്ടെന്നും തരംഗ പ്രവർത്തനത്തിൻ്റെ ആറ്റോമിക് ഓർബിറ്റൽ ഗുണങ്ങൾ വിശകലനം ചെയ്യണമെന്നും ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. രണ്ടിൻ്റെയും ഫലങ്ങൾ സമാനമാണ്, പക്ഷേ മെക്കാനിസം വ്യക്തമായും വ്യത്യസ്തമാണ്, ഇത് വെയിൽ പോയിൻ്റുകളുടെ ഏകത്വം വിശദീകരിക്കുന്നതിന് ഒരു സൈദ്ധാന്തിക അടിത്തറ നൽകുന്നു. കൂടാതെ, ഈ പഠനത്തിൽ സ്വീകരിച്ച കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ രീതിക്ക് ആറ്റോമിക്, ഇലക്ട്രോണിക് തലങ്ങളിലെ സങ്കീർണ്ണമായ ഇടപെടലുകളും ചലനാത്മക സ്വഭാവങ്ങളും വളരെ വേഗത്തിൽ മനസ്സിലാക്കാനും അവയുടെ മൈക്രോഫിസിക്കൽ മെക്കാനിസങ്ങൾ വെളിപ്പെടുത്താനും ഭാവിയിലെ ഗവേഷണത്തിനുള്ള ശക്തമായ ഉപകരണമാകുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. ടോപ്പോളജിക്കൽ മെറ്റീരിയലുകളിലെ രേഖീയമല്ലാത്ത ഒപ്റ്റിക്കൽ പ്രതിഭാസങ്ങൾ.

ഫലങ്ങൾ നേച്ചർ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻസ് ജേണലിലാണ്. നാഷണൽ കീ റിസർച്ച് ആൻഡ് ഡെവലപ്‌മെൻ്റ് പ്ലാൻ, നാഷണൽ നാച്ചുറൽ സയൻസ് ഫൗണ്ടേഷൻ, ചൈനീസ് അക്കാദമി ഓഫ് സയൻസസിൻ്റെ സ്ട്രാറ്റജിക് പൈലറ്റ് പ്രോജക്ട് (കാറ്റഗറി ബി) എന്നിവ ഈ ഗവേഷണ പ്രവർത്തനത്തെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു.

ചിത്രം.1.എ. വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട പ്രകാശത്തിന് കീഴിലുള്ള പോസിറ്റീവ് കൈരാലിറ്റി ചിഹ്നമുള്ള (χ=+1) വെയിൽ പോയിൻ്റുകൾക്കായുള്ള കൈരാലിറ്റി സെലക്ഷൻ നിയമം; b യുടെ വെയിൽ പോയിൻ്റിലെ ആറ്റോമിക് ഓർബിറ്റൽ സമമിതി മൂലമുള്ള സെലക്ടീവ് എക്സിറ്റേഷൻ. ഓൺ-ലൈൻ ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട വെളിച്ചത്തിൽ χ=+1

അത്തിപ്പഴം. 2. a, Td-WTe2 ൻ്റെ ആറ്റോമിക് ഘടന ഡയഗ്രം; ബി. ഫെർമി ഉപരിതലത്തിനടുത്തുള്ള ബാൻഡ് ഘടന; (സി) ബ്രില്ലൂയിൻ മേഖലയിൽ ഉയർന്ന സമമിതി ലൈനുകളിൽ വിതരണം ചെയ്യുന്ന ആറ്റോമിക് ഓർബിറ്റലുകളുടെ ബാൻഡ് ഘടനയും ആപേക്ഷിക സംഭാവനകളും, അമ്പടയാളങ്ങൾ (1), (2) യഥാക്രമം വെയിൽ പോയിൻ്റുകൾക്ക് സമീപമോ അകലെയോ ഉള്ള ആവേശത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു; ഡി. ഗാമാ-എക്സ് ദിശയിൽ ബാൻഡ് ഘടനയുടെ ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ

FIG.3.ab: ക്രിസ്റ്റലിൻ്റെ എ-അക്ഷത്തിനും ബി-അക്ഷത്തിനുമൊപ്പം രേഖീയമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട പ്രകാശ ധ്രുവീകരണ ദിശയുടെ ആപേക്ഷിക ഇൻ്റർലേയർ ചലനവും അനുബന്ധ ചലന മോഡും ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു; സി. സൈദ്ധാന്തിക സിമുലേഷനും പരീക്ഷണ നിരീക്ഷണവും തമ്മിലുള്ള താരതമ്യം; de: സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ സമമിതി പരിണാമവും kz=0 തലത്തിലെ ഏറ്റവും അടുത്തുള്ള രണ്ട് വെയിൽ പോയിൻ്റുകളുടെ സ്ഥാനം, സംഖ്യ, വേർതിരിവിൻ്റെ അളവ്

അത്തിപ്പഴം. 4. രേഖീയമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട പ്രകാശ ഫോട്ടോൺ ഊർജത്തിനും (?) ω) ധ്രുവീകരണ ദിശയ്ക്കും (θ) ആശ്രിത ഫേസ് ഡയഗ്രാമിനും Td-WTe2-ലെ ഫോട്ടോടോപ്പോളജിക്കൽ ഘട്ട സംക്രമണം