লেজার দ্বারা নিয়ন্ত্রিত ওয়েইল কোয়াসিপার্টিকেলের অতি দ্রুত গতির গবেষণায় অগ্রগতি হয়েছে

দ্বারা নিয়ন্ত্রিত ওয়েইল কোয়াসিপার্টিকেলের অতি দ্রুত গতির গবেষণায় অগ্রগতি হয়েছেলেজার

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, টপোলজিকাল কোয়ান্টাম অবস্থা এবং টপোলজিক্যাল কোয়ান্টাম পদার্থের উপর তাত্ত্বিক এবং পরীক্ষামূলক গবেষণা ঘনীভূত পদার্থ পদার্থবিদ্যার ক্ষেত্রে একটি আলোচিত বিষয় হয়ে উঠেছে। পদার্থের শ্রেণীবিভাগের একটি নতুন ধারণা হিসাবে, টপোলজিক্যাল অর্ডার, প্রতিসাম্যের মতো, ঘনীভূত পদার্থ পদার্থবিজ্ঞানের একটি মৌলিক ধারণা। টপোলজির গভীর উপলব্ধি ঘনীভূত পদার্থের পদার্থবিদ্যার মৌলিক সমস্যাগুলির সাথে সম্পর্কিত, যেমন মৌলিক ইলেকট্রনিক কাঠামোকোয়ান্টাম পর্যায়গুলি, কোয়ান্টাম ফেজ ট্রানজিশন এবং কোয়ান্টাম ফেজে অনেক অচল উপাদানের উত্তেজনা। টপোলজিক্যাল পদার্থে, ইলেকট্রন, ফোনন এবং স্পিন-এর মতো স্বাধীনতার অনেক ডিগ্রীর মধ্যে সংযোগ বস্তুগত বৈশিষ্ট্য বোঝা এবং নিয়ন্ত্রণে একটি নির্ধারক ভূমিকা পালন করে। হালকা উত্তেজনা বিভিন্ন মিথস্ক্রিয়াগুলির মধ্যে পার্থক্য করতে এবং পদার্থের অবস্থার পরিবর্তন করতে ব্যবহার করা যেতে পারে, এবং উপাদানের মৌলিক শারীরিক বৈশিষ্ট্য, কাঠামোগত পর্যায় পরিবর্তন এবং নতুন কোয়ান্টাম অবস্থা সম্পর্কে তথ্য প্রাপ্ত করা যেতে পারে। বর্তমানে, আলোক ক্ষেত্র দ্বারা চালিত টপোলজিকাল পদার্থের ম্যাক্রোস্কোপিক আচরণ এবং তাদের মাইক্রোস্কোপিক পারমাণবিক কাঠামো এবং বৈদ্যুতিন বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে সম্পর্ক একটি গবেষণা লক্ষ্য হয়ে উঠেছে।

টপোলজিকাল উপকরণগুলির ফটোইলেক্ট্রিক প্রতিক্রিয়া আচরণ এর মাইক্রোস্কোপিক ইলেকট্রনিক কাঠামোর সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। টপোলজিকাল আধা-ধাতুগুলির জন্য, ব্যান্ড সংযোগের কাছাকাছি ক্যারিয়ারের উত্তেজনা সিস্টেমের তরঙ্গ ফাংশন বৈশিষ্ট্যগুলির জন্য অত্যন্ত সংবেদনশীল। টপোলজিকাল আধা-ধাতুগুলিতে অরৈখিক অপটিক্যাল ঘটনাগুলির অধ্যয়ন আমাদের সিস্টেমের উত্তেজিত অবস্থার শারীরিক বৈশিষ্ট্যগুলি আরও ভালভাবে বুঝতে সাহায্য করতে পারে এবং আশা করা যায় যে এই প্রভাবগুলি তৈরিতে ব্যবহার করা যেতে পারেঅপটিক্যাল ডিভাইসএবং সৌর কোষের নকশা, ভবিষ্যতে সম্ভাব্য ব্যবহারিক অ্যাপ্লিকেশন প্রদান করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি ওয়েইল আধা-ধাতুতে, বৃত্তাকার মেরুকৃত আলোর একটি ফোটন শোষণ করলে স্পিনটি উল্টে যাবে এবং কৌণিক ভরবেগ সংরক্ষণের জন্য, ওয়েইল শঙ্কুর উভয় পাশে ইলেক্ট্রন উত্তেজনা অসমমিতভাবে বিতরণ করা হবে। বৃত্তাকারভাবে পোলারাইজড আলো প্রচারের দিক, যাকে বলা হয় চিরাল নির্বাচন নিয়ম (চিত্র 1)।

টপোলজিকাল পদার্থের অরৈখিক অপটিক্যাল ঘটনাগুলির তাত্ত্বিক অধ্যয়ন সাধারণত উপাদান স্থল অবস্থার বৈশিষ্ট্য এবং প্রতিসাম্য বিশ্লেষণের গণনা একত্রিত করার পদ্ধতি গ্রহণ করে। যাইহোক, এই পদ্ধতির কিছু ত্রুটি রয়েছে: এতে ভরবেগ স্থান এবং বাস্তব স্থানের উত্তেজিত বাহকদের রিয়েল-টাইম গতিশীল তথ্যের অভাব রয়েছে এবং এটি সময়-সমাধান পরীক্ষামূলক সনাক্তকরণ পদ্ধতির সাথে সরাসরি তুলনা স্থাপন করতে পারে না। ইলেক্ট্রন-ফোনন এবং ফোটন-ফোননের মধ্যে সংযোগ বিবেচনা করা যায় না। এবং এটি নির্দিষ্ট ফেজ ট্রানজিশন ঘটানোর জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। উপরন্তু, বিক্ষিপ্ততা তত্ত্বের উপর ভিত্তি করে এই তাত্ত্বিক বিশ্লেষণ শক্তিশালী আলো ক্ষেত্রের অধীনে শারীরিক প্রক্রিয়াগুলির সাথে মোকাবিলা করতে পারে না। প্রথম নীতির উপর ভিত্তি করে সময়-নির্ভর ঘনত্ব কার্যকরী আণবিক গতিবিদ্যা (TDDFT-MD) সিমুলেশন উপরের সমস্যাগুলি সমাধান করতে পারে।

সম্প্রতি, গবেষক মেং শেং-এর নির্দেশনায়, পোস্টডক্টরাল গবেষক গুয়ান মেংক্সু এবং চীনা একাডেমি অফ সায়েন্সেস/বেইজিং ন্যাশনাল রিসার্চ সেন্টার ফর দ্য চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেস-এর সারফেস ফিজিক্সের স্টেট কি ল্যাবরেটরি অফ সারফেস ফিজিক্সের এসএফ10 গ্রুপের ডক্টরাল ছাত্র ওয়াং এন। পদার্থবিজ্ঞান, বেইজিং ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির অধ্যাপক সান জিয়াতাও-এর সহযোগিতায়, তারা স্ব-উন্নত উত্তেজিত রাজ্য গতিবিদ্যা সিমুলেশন সফ্টওয়্যার টিডিএপি ব্যবহার করেছে। দ্বিতীয় ধরণের Weyl সেমি-মেটাল WTe2-এ আল্ট্রাফাস্ট লেজারে কোয়াস্টিপার্টিকেল উত্তেজনার প্রতিক্রিয়া বৈশিষ্ট্যগুলি তদন্ত করা হয়েছে।

এটি দেখানো হয়েছে যে Weyl বিন্দুর কাছাকাছি বাহকগুলির নির্বাচনী উত্তেজনা পারমাণবিক অরবিটাল প্রতিসাম্য এবং ট্রানজিশন নির্বাচনের নিয়ম দ্বারা নির্ধারিত হয়, যা চিরাল উত্তেজনার জন্য সাধারণ স্পিন নির্বাচনের নিয়ম থেকে আলাদা, এবং এর উত্তেজনা পথটি মেরুকরণের দিক পরিবর্তন করে নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে। রৈখিকভাবে পোলারাইজড আলো এবং ফোটন শক্তির (চিত্র 2)।

বাহকগুলির অসমমিতিক উত্তেজনা বাস্তব স্থানের বিভিন্ন দিকে ফটোক্যুরেন্টকে প্ররোচিত করে, যা সিস্টেমের ইন্টারলেয়ার স্লিপের দিক এবং প্রতিসাম্যকে প্রভাবিত করে। যেহেতু WTe2-এর টপোলজিকাল বৈশিষ্ট্য, যেমন Weyl বিন্দুর সংখ্যা এবং ভরবেগ স্থানের বিভাজনের মাত্রা, সিস্টেমের প্রতিসাম্যের উপর অত্যন্ত নির্ভরশীল (চিত্র 3), বাহকগুলির অসমমিতিক উত্তেজনা ওয়েলের বিভিন্ন আচরণ নিয়ে আসবে। মোমেন্টাম স্পেসে কোয়াস্টিকণা এবং সিস্টেমের টপোলজিকাল বৈশিষ্ট্যের সাথে সম্পর্কিত পরিবর্তন। এইভাবে, অধ্যয়নটি ফটোটোপোলজিকাল ফেজ ট্রানজিশনের জন্য একটি পরিষ্কার ফেজ ডায়াগ্রাম প্রদান করে (চিত্র 4)।

ফলাফলগুলি দেখায় যে ওয়েইল পয়েন্টের কাছে ক্যারিয়ারের উত্তেজনার চিরালিটির দিকে মনোযোগ দেওয়া উচিত এবং তরঙ্গ ফাংশনের পারমাণবিক কক্ষপথের বৈশিষ্ট্যগুলি বিশ্লেষণ করা উচিত। দুটির প্রভাব একই রকম তবে প্রক্রিয়াটি স্পষ্টতই ভিন্ন, যা ওয়েইল পয়েন্টের এককতা ব্যাখ্যা করার জন্য একটি তাত্ত্বিক ভিত্তি প্রদান করে। উপরন্তু, এই গবেষণায় গৃহীত গণনামূলক পদ্ধতিটি অতি দ্রুত সময়ের স্কেলে পারমাণবিক এবং ইলেকট্রনিক স্তরে জটিল মিথস্ক্রিয়া এবং গতিশীল আচরণগুলি গভীরভাবে বুঝতে পারে, তাদের মাইক্রোফিজিক্যাল মেকানিজম প্রকাশ করতে পারে এবং ভবিষ্যতে গবেষণার জন্য একটি শক্তিশালী হাতিয়ার হবে বলে আশা করা হচ্ছে। টপোলজিক্যাল পদার্থে অরৈখিক অপটিক্যাল ঘটনা।

ফলাফল নেচার কমিউনিকেশন জার্নালে আছে। গবেষণা কাজটি ন্যাশনাল কী রিসার্চ অ্যান্ড ডেভেলপমেন্ট প্ল্যান, ন্যাশনাল ন্যাচারাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন এবং চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেসের স্ট্র্যাটেজিক পাইলট প্রজেক্ট (বি বিভাগ) দ্বারা সমর্থিত।

FIG.1.a. বৃত্তাকার মেরুকৃত আলোর অধীনে ধনাত্মক কাইরালিটি সাইন (χ=+1) সহ ওয়েইল পয়েন্টগুলির জন্য কাইরালিটি নির্বাচনের নিয়ম; b-এর Weyl বিন্দুতে পারমাণবিক অরবিটাল প্রতিসাম্যের কারণে নির্বাচনী উত্তেজনা। অন-লাইন পোলারাইজড আলোতে χ=+1

ডুমুর 2. a, Td-WTe2 এর পারমাণবিক গঠন চিত্র; খ. ফার্মি পৃষ্ঠের কাছাকাছি ব্যান্ড গঠন; (c) ব্রিলুইন অঞ্চলে উচ্চ প্রতিসম রেখা বরাবর বিতরণ করা পারমাণবিক অরবিটালের ব্যান্ড গঠন এবং আপেক্ষিক অবদান, তীর (1) এবং (2) যথাক্রমে ওয়েইল পয়েন্টের কাছাকাছি বা দূরে উত্তেজনার প্রতিনিধিত্ব করে; d গামা-এক্স দিক বরাবর ব্যান্ড কাঠামোর পরিবর্ধন

FIG.3.ab: ক্রিস্টালের A-অক্ষ এবং B-অক্ষ বরাবর রৈখিকভাবে মেরুকৃত আলোর মেরুকরণ দিকের আপেক্ষিক আন্তঃস্তর আন্দোলন, এবং সংশ্লিষ্ট আন্দোলনের মোড চিত্রিত করা হয়েছে; C. তাত্ত্বিক সিমুলেশন এবং পরীক্ষামূলক পর্যবেক্ষণের মধ্যে তুলনা; ডি: সিস্টেমের প্রতিসাম্য বিবর্তন এবং kz=0 সমতলে দুটি নিকটতম ওয়েইল বিন্দুর অবস্থান, সংখ্যা এবং পৃথকীকরণের মাত্রা

ডুমুর 4. রৈখিকভাবে পোলারাইজড আলো ফোটন শক্তি (?) ω) এবং মেরুকরণের দিক (θ) নির্ভরশীল ফেজ ডায়াগ্রামের জন্য Td-WTe2-এ ফটোটোপোলজিকাল ফেজ ট্রানজিশন