لازېر ئارقىلىق كونترول قىلىنىدىغان ۋېيل كۋازىپارچىلىرىنىڭ ئۇلترا تېزلىكتىكى ھەرىكىتىنى تەتقىق قىلىشتا ئىلگىرىلەشلەر قولغا كەلتۈرۈلدى.

كونترول قىلىنىدىغان ۋېيل كۋازىپارچىلىرىنىڭ ئۇلترا تېزلىكتىكى ھەرىكىتىنى تەتقىق قىلىشتا ئىلگىرىلەشلەر قولغا كەلتۈرۈلدى.لازېرلار

يېقىنقى يىللاردىن بۇيان، توپولوگىيەلىك كۋانت ھالىتى ۋە توپولوگىيەلىك كۋانت ماتېرىياللىرى توغرىسىدىكى نەزەرىيە ۋە تەجرىبە تەتقىقاتى قويۇقلاشتۇرۇلغان ماددا فىزىكىسى ساھەسىدە قىزىق تېمىغا ئايلاندى. ماددا تۈرگە ئايرىشنىڭ يېڭى ئۇقۇمى بولۇش سۈپىتى بىلەن، توپولوگىيەلىك تەرتىپ، سىممېترىيەگە ئوخشاش، قويۇقلاشتۇرۇلغان ماددا فىزىكىسىدىكى ئاساسىي ئۇقۇم. توپولوگىيەنى چوڭقۇر چۈشىنىش قويۇقلاشتۇرۇلغان ماددا فىزىكىسىدىكى ئاساسىي مەسىلىلەر، مەسىلەن، ئاساسىي ئېلېكترونلۇق قۇرۇلما قاتارلىقلار بىلەن مۇناسىۋەتلىك.كۋانت باسقۇچلىرى، كۋانت باسقۇچلىرىدىكى نۇرغۇن ھەرىكەتسىز ئېلېمېنتلارنىڭ كۋانت باسقۇچلىرىدىكى ئۆزگىرىشى ۋە قوزغىلىشى. توپولوگىيەلىك ماتېرىياللاردا، ئېلېكترون، فونون ۋە سپىن قاتارلىق نۇرغۇن ئەركىنلىك دەرىجىسى ئوتتۇرىسىدىكى باغلىنىش ماتېرىيال خۇسۇسىيەتلىرىنى چۈشىنىش ۋە تەڭشەشتە ھەل قىلغۇچ رول ئوينايدۇ. يورۇقلۇق قوزغىلىشى ھەر خىل ئۆز-ئارا تەسىرلەرنى پەرقلەندۈرۈش ۋە ماددا ھالىتىنى باشقۇرۇش ئۈچۈن ئىشلىتىلىدۇ، ئاندىن ماتېرىيالنىڭ ئاساسىي فىزىكىلىق خۇسۇسىيەتلىرى، قۇرۇلما باسقۇچلىرى ۋە يېڭى كۋانت ھالەتلىرى توغرىسىدىكى ئۇچۇرلارغا ئېرىشكىلى بولىدۇ. ھازىر، يورۇقلۇق مەيدانى تەرىپىدىن ھەرىكەتلەندۈرۈلگەن توپولوگىيەلىك ماتېرىياللارنىڭ ماكروسكوپىيىلىك ھەرىكىتى بىلەن ئۇلارنىڭ مىكروسكوپ ئاتوم قۇرۇلمىسى ۋە ئېلېكترون خۇسۇسىيەتلىرى ئوتتۇرىسىدىكى مۇناسىۋەت تەتقىقات نىشانىغا ئايلاندى.

توپولوگىيەلىك ماتېرىياللارنىڭ فوتوئېلېكترلىق جاۋاب قايتۇرۇش خاراكتېرى ئۇنىڭ مىكروسكوپ ئېلېكترونلۇق قۇرۇلمىسى بىلەن زىچ مۇناسىۋەتلىك. توپولوگىيەلىك يېرىم مېتاللارغا نىسبەتەن، بەلباغ كېسىشكەن جايىغا يېقىن توشۇغۇچىنىڭ قوزغىلىشى سىستېمىنىڭ دولقۇن فۇنكسىيەسى خۇسۇسىيىتىگە ئىنتايىن سەزگۈر. توپولوگىيەلىك يېرىم مېتاللاردىكى سىزىقسىز ئوپتىكىلىق ھادىسىلەرنى تەتقىق قىلىش سىستېمىنىڭ قوزغىتىلغان ھالىتىنىڭ فىزىكىلىق خۇسۇسىيەتلىرىنى تېخىمۇ ياخشى چۈشىنىشىمىزگە ياردەم بېرەلەيدۇ، ھەمدە بۇ تەسىرلەرنىڭ ... ئىشلەپچىقىرىشتا ئىشلىتىلىشى مۇمكىن دەپ قارىلىدۇ.ئوپتىكىلىق ئۈسكۈنىلەرۋە قۇياش باتارېيەسىنىڭ لايىھىسى كەلگۈسىدە ئەمەلىي قوللىنىش ئېھتىماللىقىنى تەمىنلەيدۇ. مەسىلەن، ۋېيل يېرىم مېتالىدا، ئايلانما قۇتۇپلۇق نۇرنىڭ فوتونىنى يۇتۇش ئايلىنىشنىڭ ئۆزگىرىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ، ھەمدە بۇلۇڭلۇق ئىمپۇلسنىڭ ساقلىنىشىغا يېتىش ئۈچۈن، ۋېيل كونۇسنىڭ ئىككى تەرىپىدىكى ئېلېكترون قوزغىلىشى ئايلانما قۇتۇپلۇق نۇرنىڭ تارقىلىش يۆنىلىشى بويىچە ئاسسىمېترىك تەقسىملىنىدۇ، بۇ خىرال تاللاش قائىدىسى دەپ ئاتىلىدۇ (1-رەسىم).

توپولوگىيەلىك ماتېرىياللارنىڭ سىزىقسىز ئوپتىكىلىق ھادىسىلىرىنى نەزەرىيىۋى تەتقىق قىلىشتا ئادەتتە ماتېرىيالنىڭ ئاساسىي ھالىتى خۇسۇسىيىتىنى ھېسابلاش ۋە سىممېترىيە ئانالىزىنى بىرلەشتۈرۈش ئۇسۇلى قوللىنىلىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، بۇ ئۇسۇلنىڭ بەزى كەمچىلىكلىرى بار: ئۇنىڭدا ئىمپۇلس بوشلۇقى ۋە ھەقىقىي بوشلۇقتىكى قوزغىتىلغان توشۇغۇچىلارنىڭ ھەقىقىي ۋاقىتلىق دىنامىك ئۇچۇرلىرى يوق، ھەمدە ۋاقىت بويىچە ھەل قىلىنىدىغان تەجرىبە بايقاش ئۇسۇلى بىلەن بىۋاسىتە سېلىشتۇرۇشنى ئورناتقىلى بولمايدۇ. ئېلېكترون-فونونلار ۋە فوتون-فونونلار ئوتتۇرىسىدىكى باغلىنىشنى ئويلىشىشقا بولمايدۇ. بۇ بەزى باسقۇچلۇق ئۆزگىرىشلەرنىڭ يۈز بېرىشى ئۈچۈن ئىنتايىن مۇھىم. بۇنىڭدىن باشقا، بۇ ئۆزگىرىش نەزەرىيەسىگە ئاساسلانغان نەزەرىيىۋى ئانالىز كۈچلۈك نۇر مەيدانى ئاستىدىكى فىزىكىلىق جەريانلارنى بىر تەرەپ قىلالمايدۇ. دەسلەپكى پىرىنسىپلارغا ئاساسلانغان ۋاقىتقا باغلىق زىچلىقتىكى فۇنكسىيەلىك مولېكۇلا دىنامىكىسى (TDDFT-MD) سىمۇلياتسىيەسى يۇقىرىدىكى مەسىلىلەرنى ھەل قىلالايدۇ.

يېقىندا، جۇڭگو پەنلەر ئاكادېمىيىسى فىزىكا ئىنستىتۇتى/بېيجىڭ دۆلەتلىك قويۇق ماددىلار فىزىكىسى تەتقىقات مەركىزىنىڭ SF10 گۇرۇپپىسىدىكى تەتقىقاتچى مېڭ شېڭ، دوكتورلۇقتىن كېيىنكى تەتقىقاتچى گۈەن مېڭشۈ ۋە دوكتورلۇق ئوقۇغۇچىسى ۋاڭ ئېننىڭ يېتەكچىلىكىدە، بېيجىڭ تېخنىكا ئىنستىتۇتىنىڭ پروفېسسورى سۈن جياتاۋ بىلەن ھەمكارلىشىپ، ئۆزلىرى ئىجاد قىلغان قوزغىغان ھالەت دىنامىكىسى سىمۇلياتسىيە يۇمشاق دېتالى TDAP نى ئىشلەتتى. ئىككىنچى خىل ۋېيل يېرىم مېتال WTe2 دا كۋاستىپارچە زەررىچىلەرنىڭ قوزغىلىشىنىڭ ئۇلترا تېز لازېرغا بولغان ئىنكاس خۇسۇسىيىتى تەكشۈرۈلدى.

ۋېيل نۇقتىسىغا يېقىن توشۇغۇچىلارنىڭ تاللاش خاراكتېرلىك قوزغىلىشى ئاتوم ئوربىتا سىممېترىيەسى ۋە ئۆتكۈنچى تاللاش قائىدىسى تەرىپىدىن بەلگىلىنىدىغانلىقى، بۇ خىرال قوزغىلىشىنىڭ ئادەتتىكى ئايلىنىش تاللاش قائىدىسىدىن پەرقلىنىدىغانلىقى، ھەمدە ئۇنىڭ قوزغىلىش يولىنى سىزىقلىق قۇتۇپلاشتۇرۇلغان نۇر ۋە فوتون ئېنېرگىيەسىنىڭ قۇتۇپلىشىش يۆنىلىشىنى ئۆزگەرتىش ئارقىلىق كونترول قىلغىلى بولىدىغانلىقى كۆرسىتىلدى (2-رەسىم).

توشۇغۇچىلارنىڭ ئاسسىمېترىك قوزغىلىشى رېئال بوشلۇقتا ھەر خىل يۆنىلىشلەردە فوتو ئېقىملارنى قوزغىتىدۇ، بۇ سىستېمىنىڭ قەۋەت ئارا سىيرىلىش يۆنىلىشى ۋە سىممېترىكلىقىغا تەسىر كۆرسىتىدۇ. WTe2 نىڭ توپولوگىيەلىك خۇسۇسىيەتلىرى، مەسىلەن، ۋېيل نۇقتىلىرىنىڭ سانى ۋە ئىمپۇلس بوشلۇقىدىكى ئايرىلىش دەرىجىسى سىستېمىنىڭ سىممېترىكلىقىغا زور دەرىجىدە باغلىق بولغاچقا (3-رەسىم)، توشۇغۇچىلارنىڭ ئاسسىمېترىك قوزغىلىشى ۋېيل كۋاستىپارچىكىلىرىنىڭ ئىمپۇلس بوشلۇقىدىكى ھەر خىل ھەرىكەتلىرىنى ۋە سىستېمىنىڭ توپولوگىيەلىك خۇسۇسىيەتلىرىدە ماس كېلىدىغان ئۆزگىرىشلەرنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ. شۇڭا، بۇ تەتقىقات فوتوتوپولوگىيەلىك باسقۇچ ئۆزگىرىشلىرى ئۈچۈن ئېنىق باسقۇچ دىئاگراممىسى بىلەن تەمىنلەيدۇ (4-رەسىم).

نەتىجىلەر شۇنى كۆرسىتىپ بېرىدۇكى، ۋېيل نۇقتىسىغا يېقىن توشۇغۇچىنىڭ قوزغىلىشىنىڭ چىراللىقىغا دىققەت قىلىش كېرەك، شۇنداقلا دولقۇن فۇنكسىيەسىنىڭ ئاتوم ئوربىتا خۇسۇسىيىتىنى تەھلىل قىلىش كېرەك. بۇ ئىككىسىنىڭ تەسىرى ئوخشاش، ئەمما مېخانىزمى روشەن پەرقلىنىدۇ، بۇ ۋېيل نۇقتىلىرىنىڭ يەككەلىكىنى چۈشەندۈرۈش ئۈچۈن نەزەرىيەۋى ئاساس بىلەن تەمىنلەيدۇ. بۇنىڭدىن باشقا، بۇ تەتقىقاتتا قوللىنىلغان ھېسابلاش ئۇسۇلى ئاتوم ۋە ئېلېكترون سەۋىيىسىدىكى مۇرەككەپ ئۆز-ئارا تەسىر ۋە دىنامىك ھەرىكەتلەرنى ئىنتايىن تېز ۋاقىت ئۆلچىمىدە چوڭقۇر چۈشىنىپ، ئۇلارنىڭ مىكروفىزىكىلىق مېخانىزمىنى ئاشكارىلىيالايدۇ، شۇنداقلا توپولوگىيەلىك ماتېرىياللاردىكى سىزىقسىز ئوپتىكىلىق ھادىسىلەرنى تەتقىق قىلىش ئۈچۈن كەلگۈسىدىكى كۈچلۈك قورال بولۇشى مۆلچەرلەنمەكتە.

نەتىجىلەر «تەبىئەت ئالاقىسى» ژۇرنىلىدا ئېلان قىلىندى. بۇ تەتقىقات خىزمىتى دۆلەتلىك ئاچقۇچلۇق تەتقىقات ۋە تەرەققىيات پىلانى، دۆلەتلىك تەبىئىي پەن فوندى ۋە جۇڭگو پەنلەر ئاكادېمىيىسىنىڭ ئىستراتېگىيىلىك سىناق تۈرى (B تۈرى) تەرىپىدىن قوللاپ-قۇۋۋەتلەندى.

1.a-رەسىم. ئايلانما قۇتۇپلۇق نۇر ئاستىدا مۇسبەت قۇتۇپلۇق بەلگىسى (χ=+1) بولغان ۋېيل نۇقتىلىرىنىڭ قۇتۇپلۇق تاللاش قائىدىسى؛ b نىڭ ۋېيل نۇقتىسىدىكى ئاتوم ئوربىتا سىممېترىيەسى سەۋەبىدىن تاللانغان قوزغىلىش. تور قۇتۇپلۇق نۇردا χ=+1.

2-رەسىم. a، Td-WTe2 نىڭ ئاتوم قۇرۇلما دىئاگراممىسى؛ b. فېرمى يۈزىگە يېقىن بەلباغ قۇرۇلمىسى؛ (c) برىللۇئىن رايونىدىكى يۇقىرى سىممېترىك سىزىقلار بويىچە تارقالغان ئاتوم ئوربىتالىرىنىڭ بەلباغ قۇرۇلمىسى ۋە نىسبىي تۆھپىسى، (1) ۋە (2) كۆرسەتكۈچلىرى ئايرىم-ئايرىم ھالدا ۋېيل نۇقتىلىرىغا يېقىن ياكى يىراق قوزغىلىشنى كۆرسىتىدۇ؛ d. گامما-X يۆنىلىشى بويىچە بەلباغ قۇرۇلمىسىنىڭ كۈچەيتىلىشى

رەسىم 3.ab: كىرىستالنىڭ A ئوقى ۋە B ئوقى بويىچە سىزىقلىق قۇتۇپلاشقان نۇر قۇتۇپلىشىش يۆنىلىشىنىڭ قەۋەتلەر ئارا نىسبىي ھەرىكىتى ۋە ئۇنىڭغا ماس كېلىدىغان ھەرىكەت ھالىتى كۆرسىتىلدى؛ C. نەزەرىيەۋى سىمۇلياتسىيە بىلەن تەجرىبە كۆزىتىشنى سېلىشتۇرۇش؛ de: سىستېمىنىڭ سىممېترىيە تەرەققىياتى ۋە kz=0 تۈزلەڭلىكىدىكى ئىككى ئەڭ يېقىن ۋېيل نۇقتىسىنىڭ ئورنى، سانى ۋە ئايرىلىش دەرىجىسى.

4-رەسىم. سىزىقلىق قۇتۇپلاشقان نۇر فوتون ئېنېرگىيەسى (?) ω) ۋە قۇتۇپلىشىش يۆنىلىشى (θ) غا باغلىق باسقۇچ دىئاگراممىسى ئۈچۈن Td-WTe2 دىكى فوتوتوپولوگىيەلىك باسقۇچ ئۆزگىرىشى.