લેસરો દ્વારા નિયંત્રિત વેઇલ ક્વાસિપાર્ટિકલ્સની અલ્ટ્રાફાસ્ટ ગતિના અભ્યાસમાં પ્રગતિ કરવામાં આવી છે.

દ્વારા નિયંત્રિત વેઇલ ક્વાસિપાર્ટિકલ્સની અલ્ટ્રાફાસ્ટ ગતિના અભ્યાસમાં પ્રગતિ કરવામાં આવી છે.લેસરો

તાજેતરના વર્ષોમાં, કન્ડેન્સ્ડ મેટર ફિઝિક્સના ક્ષેત્રમાં ટોપોલોજીકલ ક્વોન્ટમ સ્ટેટ્સ અને ટોપોલોજિકલ ક્વોન્ટમ મટિરિયલ્સ પર સૈદ્ધાંતિક અને પ્રાયોગિક સંશોધન એક ગરમ વિષય બની ગયો છે. દ્રવ્ય વર્ગીકરણની નવી વિભાવના તરીકે, સમપ્રમાણતાની જેમ ટોપોલોજીકલ ઓર્ડર એ કન્ડેન્સ્ડ મેટર ફિઝિક્સમાં મૂળભૂત ખ્યાલ છે. ટોપોલોજીની ઊંડી સમજ કન્ડેન્સ્ડ મેટર ફિઝિક્સમાં મૂળભૂત સમસ્યાઓ સાથે સંબંધિત છે, જેમ કે મૂળભૂત ઇલેક્ટ્રોનિક માળખુંક્વોન્ટમ તબક્કાઓ, ક્વોન્ટમ તબક્કાના સંક્રમણો અને ક્વોન્ટમ તબક્કાઓમાં ઘણા સ્થિર તત્વોનું ઉત્તેજના. ટોપોલોજીકલ સામગ્રીમાં, ઇલેક્ટ્રોન, ફોનોન અને સ્પિન જેવી સ્વતંત્રતાની ઘણી ડિગ્રીઓ વચ્ચેનું જોડાણ, ભૌતિક ગુણધર્મોને સમજવા અને નિયમન કરવામાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે. પ્રકાશ ઉત્તેજનાનો ઉપયોગ વિવિધ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ વચ્ચે તફાવત કરવા અને દ્રવ્યની સ્થિતિને ચાલાકી કરવા માટે થઈ શકે છે, અને પછી સામગ્રીના મૂળભૂત ભૌતિક ગુણધર્મો, માળખાકીય તબક્કાના સંક્રમણો અને નવી ક્વોન્ટમ સ્થિતિઓ વિશેની માહિતી મેળવી શકાય છે. હાલમાં, પ્રકાશ ક્ષેત્ર દ્વારા સંચાલિત ટોપોલોજીકલ સામગ્રીના મેક્રોસ્કોપિક વર્તન અને તેમના માઇક્રોસ્કોપિક અણુ માળખું અને ઇલેક્ટ્રોનિક ગુણધર્મો વચ્ચેનો સંબંધ સંશોધનનું લક્ષ્ય બની ગયું છે.

ટોપોલોજીકલ સામગ્રીની ફોટોઇલેક્ટ્રિક પ્રતિભાવ વર્તણૂક તેના માઇક્રોસ્કોપિક ઇલેક્ટ્રોનિક માળખા સાથે ગાઢ રીતે સંબંધિત છે. ટોપોલોજીકલ અર્ધ-ધાતુઓ માટે, બેન્ડ આંતરછેદની નજીક વાહક ઉત્તેજના સિસ્ટમની તરંગ કાર્ય લાક્ષણિકતાઓ માટે અત્યંત સંવેદનશીલ છે. ટોપોલોજીકલ અર્ધ-ધાતુઓમાં બિનરેખીય ઓપ્ટિકલ ઘટનાનો અભ્યાસ અમને સિસ્ટમની ઉત્તેજિત અવસ્થાના ભૌતિક ગુણધર્મોને વધુ સારી રીતે સમજવામાં મદદ કરી શકે છે, અને એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે કે આ અસરોનો ઉપયોગ ઉત્પાદનમાં થઈ શકે છે.ઓપ્ટિકલ ઉપકરણોઅને સૌર કોષોની રચના, ભવિષ્યમાં સંભવિત વ્યવહારુ કાર્યક્રમો પ્રદાન કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, વેઇલ અર્ધ-ધાતુમાં, ગોળાકાર ધ્રુવીકૃત પ્રકાશના ફોટોનને શોષવાથી સ્પિન ફ્લિપ થશે, અને કોણીય વેગના સંરક્ષણને પહોંચી વળવા માટે, વેઇલ શંકુની બંને બાજુએ ઇલેક્ટ્રોન ઉત્તેજના અસમપ્રમાણ રીતે વિતરિત કરવામાં આવશે. ગોળાકાર ધ્રુવીકૃત પ્રકાશના પ્રસારની દિશા, જેને ચિરલ પસંદગી નિયમ કહેવામાં આવે છે (આકૃતિ 1).

ટોપોલોજિકલ સામગ્રીની બિનરેખીય ઓપ્ટિકલ ઘટનાનો સૈદ્ધાંતિક અભ્યાસ સામાન્ય રીતે સામગ્રીની જમીનની સ્થિતિના ગુણધર્મો અને સમપ્રમાણતા વિશ્લેષણની ગણતરીને સંયોજિત કરવાની પદ્ધતિ અપનાવે છે. જો કે, આ પદ્ધતિમાં કેટલીક ખામીઓ છે: તેમાં મોમેન્ટમ સ્પેસ અને રિયલ સ્પેસમાં ઉત્તેજિત વાહકોની વાસ્તવિક-સમયની ગતિશીલ માહિતીનો અભાવ છે, અને તે સમય-ઉકેલાયેલી પ્રાયોગિક શોધ પદ્ધતિ સાથે સીધી સરખામણી સ્થાપિત કરી શકતી નથી. ઇલેક્ટ્રોન-ફોનોન્સ અને ફોટોન-ફોનોન્સ વચ્ચેના જોડાણને ધ્યાનમાં લઈ શકાતું નથી. અને ચોક્કસ તબક્કાના સંક્રમણો થવા માટે આ નિર્ણાયક છે. વધુમાં, વિક્ષેપ સિદ્ધાંત પર આધારિત આ સૈદ્ધાંતિક વિશ્લેષણ મજબૂત પ્રકાશ ક્ષેત્ર હેઠળ ભૌતિક પ્રક્રિયાઓ સાથે વ્યવહાર કરી શકતું નથી. પ્રથમ સિદ્ધાંતો પર આધારિત સમય-આધારિત ઘનતા ફંક્શનલ મોલેક્યુલર ડાયનેમિક્સ (TDDFT-MD) સિમ્યુલેશન ઉપરોક્ત સમસ્યાઓ હલ કરી શકે છે.

તાજેતરમાં, સંશોધક મેંગ શેંગના માર્ગદર્શન હેઠળ, પોસ્ટડોક્ટરલ સંશોધક ગુઆન મેન્ગ્ક્સ્યુ અને ચાઇનીઝ એકેડેમી ઓફ સાયન્સિસ/બેઇજિંગ નેશનલ રિસર્ચ સેન્ટર ફોર કોન્સન્ટ્રેટેડ મેટરના ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ ફિઝિક્સ ઓફ સરફેસ ફિઝિક્સની સ્ટેટ કી લેબોરેટરીના SF10 ગ્રુપના ડોક્ટરલ વિદ્યાર્થી વાંગ એન. ફિઝિક્સ, બેઇજિંગ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ટેક્નોલોજીના પ્રોફેસર સન જિયાતાઓ સાથે મળીને, તેઓએ સ્વ-વિકસિત એક્સાઇટેડ સ્ટેટ ડાયનેમિક્સ સિમ્યુલેશન સોફ્ટવેર TDAP નો ઉપયોગ કર્યો. બીજા પ્રકારના Weyl અર્ધ-ધાતુ WTe2 માં અલ્ટ્રાફાસ્ટ લેસર માટે ક્વાસ્ટિપાર્ટિકલ ઉત્તેજનાની પ્રતિક્રિયા લાક્ષણિકતાઓની તપાસ કરવામાં આવી છે.

એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે વેઇલ પોઈન્ટની નજીકના વાહકોની પસંદગીયુક્ત ઉત્તેજના અણુ ભ્રમણકક્ષાની સમપ્રમાણતા અને સંક્રમણ પસંદગીના નિયમ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, જે ચિરલ ઉત્તેજના માટેના સામાન્ય સ્પિન પસંદગીના નિયમથી અલગ છે, અને તેના ઉત્તેજનાના માર્ગને ધ્રુવીકરણની દિશા બદલીને નિયંત્રિત કરી શકાય છે. રેખીય ધ્રુવીકૃત પ્રકાશ અને ફોટોન ઊર્જા (ફિગ. 2).

વાહકોની અસમપ્રમાણ ઉત્તેજના વાસ્તવિક અવકાશમાં જુદી જુદી દિશામાં ફોટોક્યુરન્ટ્સને પ્રેરિત કરે છે, જે સિસ્ટમની ઇન્ટરલેયર સ્લિપની દિશા અને સમપ્રમાણતાને અસર કરે છે. WTe2 ના ટોપોલોજિકલ ગુણધર્મો, જેમ કે વેઇલ પોઈન્ટ્સની સંખ્યા અને મોમેન્ટમ સ્પેસમાં વિભાજનની ડિગ્રી, સિસ્ટમની સમપ્રમાણતા (આકૃતિ 3) પર ખૂબ આધાર રાખે છે, વાહકોની અસમપ્રમાણ ઉત્તેજના વેઇલની વિવિધ વર્તણૂક લાવશે. મોમેન્ટમ સ્પેસમાં ક્વાસ્ટિપાર્ટિકલ્સ અને સિસ્ટમના ટોપોલોજીકલ ગુણધર્મોમાં અનુરૂપ ફેરફારો. આમ, અભ્યાસ ફોટોટોપોલોજીકલ તબક્કાના સંક્રમણો (આકૃતિ 4) માટે સ્પષ્ટ તબક્કો રેખાકૃતિ પ્રદાન કરે છે.

પરિણામો દર્શાવે છે કે વેઇલ પોઈન્ટ નજીક વાહક ઉત્તેજનાની ચિરાલિટી પર ધ્યાન આપવું જોઈએ, અને તરંગ કાર્યના અણુ ભ્રમણકક્ષાના ગુણધર્મોનું વિશ્લેષણ કરવું જોઈએ. બંનેની અસરો સમાન છે પરંતુ મિકેનિઝમ દેખીતી રીતે અલગ છે, જે વેઇલ પોઈન્ટની એકલતાને સમજાવવા માટે સૈદ્ધાંતિક આધાર પૂરો પાડે છે. વધુમાં, આ અભ્યાસમાં અપનાવવામાં આવેલી કોમ્પ્યુટેશનલ પદ્ધતિ પરમાણુ અને ઈલેક્ટ્રોનિક સ્તરે જટિલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને ગતિશીલ વર્તણૂકોને સુપર-ફાસ્ટ ટાઈમ સ્કેલમાં ઊંડાણપૂર્વક સમજી શકે છે, તેમની માઈક્રોફિઝિકલ મિકેનિઝમ્સને ઉજાગર કરી શકે છે અને ભવિષ્યના સંશોધન માટે એક શક્તિશાળી સાધન બનવાની અપેક્ષા છે. ટોપોલોજીકલ સામગ્રીમાં બિનરેખીય ઓપ્ટિકલ ઘટના.

પરિણામો નેચર કોમ્યુનિકેશન જર્નલમાં છે. સંશોધન કાર્યને નેશનલ કી રિસર્ચ એન્ડ ડેવલપમેન્ટ પ્લાન, નેશનલ નેચરલ સાયન્સ ફાઉન્ડેશન અને ચાઈનીઝ એકેડેમી ઓફ સાયન્સના સ્ટ્રેટેજિક પાયલોટ પ્રોજેક્ટ (કેટેગરી B) દ્વારા સમર્થન મળે છે.

FIG.1.a. ચક્રાકાર ધ્રુવીકૃત પ્રકાશ હેઠળ હકારાત્મક ચિરાલિટી સાઇન (χ=+1) સાથે વેઇલ પોઈન્ટ માટે ચિરાલિટી પસંદગીનો નિયમ; b ના વેઇલ બિંદુ પર અણુ ભ્રમણકક્ષાની સમપ્રમાણતાને કારણે પસંદગીયુક્ત ઉત્તેજના. ઓન-લાઇન પોલરાઇઝ્ડ લાઇટમાં χ=+1

અંજીર. 2. a, Td-WTe2 નું અણુ માળખું ડાયાગ્રામ; b ફર્મી સપાટી નજીક બેન્ડ માળખું; (c) બ્રિલોઈન પ્રદેશમાં ઉચ્ચ સપ્રમાણ રેખાઓ સાથે વિતરિત અણુ ભ્રમણકક્ષાનું બેન્ડ માળખું અને સંબંધિત યોગદાન, તીર (1) અને (2) અનુક્રમે વેઈલ પોઈન્ટની નજીક અથવા દૂર ઉત્તેજનાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે; ડી. ગામા-X દિશા સાથે બેન્ડ સ્ટ્રક્ચરનું એમ્પ્લીફિકેશન

FIG.3.ab: ક્રિસ્ટલના A-અક્ષ અને B-અક્ષ સાથે રેખીય રીતે ધ્રુવીકૃત પ્રકાશ ધ્રુવીકરણ દિશાની સંબંધિત આંતરસ્તર ચળવળ, અને અનુરૂપ ચળવળ મોડ સચિત્ર છે; C. સૈદ્ધાંતિક અનુકરણ અને પ્રાયોગિક અવલોકન વચ્ચે સરખામણી; ડી: સિસ્ટમની સપ્રમાણતા ઉત્ક્રાંતિ અને kz=0 પ્લેનમાં બે સૌથી નજીકના વેઇલ પોઈન્ટના વિભાજનની સ્થિતિ, સંખ્યા અને ડિગ્રી

અંજીર. 4. રેખીય ધ્રુવીકૃત પ્રકાશ ફોટોન ઊર્જા (?) ω) અને ધ્રુવીકરણ દિશા (θ) આશ્રિત તબક્કા ડાયાગ્રામ માટે Td-WTe2 માં ફોટોટોપોલોજીકલ તબક્કાનું સંક્રમણ