লেজার দ্বারা নিয়ন্ত্রিত ওয়েইল কোয়াসিপার্টিক্যালের অতি দ্রুত গতির গবেষণায় অগ্রগতি হয়েছে

নিয়ন্ত্রিত ওয়েইল কোয়াসিপার্কেলের অতি দ্রুত গতির গবেষণায় অগ্রগতি হয়েছেলেজার

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, ঘনীভূত পদার্থ পদার্থবিদ্যার ক্ষেত্রে টপোলজিক্যাল কোয়ান্টাম অবস্থা এবং টপোলজিক্যাল কোয়ান্টাম উপকরণের উপর তাত্ত্বিক এবং পরীক্ষামূলক গবেষণা একটি আলোচিত বিষয় হয়ে উঠেছে। পদার্থের শ্রেণীবিভাগের একটি নতুন ধারণা হিসাবে, টপোলজিক্যাল ক্রম, প্রতিসাম্যের মতো, ঘনীভূত পদার্থ পদার্থবিদ্যার একটি মৌলিক ধারণা। টপোলজির গভীর ধারণা ঘনীভূত পদার্থ পদার্থবিদ্যার মৌলিক সমস্যাগুলির সাথে সম্পর্কিত, যেমন মৌলিক ইলেকট্রনিক কাঠামোকোয়ান্টাম পর্যায়, কোয়ান্টাম পর্যায়ে অনেক অচল উপাদানের কোয়ান্টাম পর্যায়ের রূপান্তর এবং উত্তেজনা। টপোলজিক্যাল পদার্থে, ইলেকট্রন, ফোনন এবং স্পিনের মতো অনেক ডিগ্রির স্বাধীনতার মধ্যে সংযোগ, বস্তুগত বৈশিষ্ট্য বোঝার এবং নিয়ন্ত্রণে একটি নির্ধারক ভূমিকা পালন করে। আলোর উত্তেজনা বিভিন্ন মিথস্ক্রিয়ার মধ্যে পার্থক্য করতে এবং পদার্থের অবস্থা নিয়ন্ত্রণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে এবং পদার্থের মৌলিক ভৌত বৈশিষ্ট্য, কাঠামোগত পর্যায়ের রূপান্তর এবং নতুন কোয়ান্টাম অবস্থা সম্পর্কে তথ্য পাওয়া যেতে পারে। বর্তমানে, আলোক ক্ষেত্র দ্বারা চালিত টপোলজিক্যাল পদার্থের ম্যাক্রোস্কোপিক আচরণ এবং তাদের মাইক্রোস্কোপিক পারমাণবিক গঠন এবং ইলেকট্রনিক বৈশিষ্ট্যের মধ্যে সম্পর্ক একটি গবেষণা লক্ষ্য হয়ে দাঁড়িয়েছে।

টপোলজিক্যাল পদার্থের আলোক-তড়িৎ প্রতিক্রিয়া আচরণ এর মাইক্রোস্কোপিক ইলেকট্রনিক কাঠামোর সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। টপোলজিক্যাল আধা-ধাতুর ক্ষেত্রে, ব্যান্ড ইন্টারসেকশনের কাছাকাছি বাহক উত্তেজনা সিস্টেমের তরঙ্গ ফাংশন বৈশিষ্ট্যের প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল। টপোলজিক্যাল আধা-ধাতুতে অরৈখিক অপটিক্যাল ঘটনার অধ্যয়ন আমাদের সিস্টেমের উত্তেজিত অবস্থার ভৌত 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 প্রয়োগ প্রদান করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি ওয়েল আধা-ধাতুতে, বৃত্তাকারভাবে মেরুকৃত আলোর একটি ফোটন শোষণ করার ফলে ঘূর্ণনটি উল্টে যাবে এবং কৌণিক ভরবেগের সংরক্ষণ পূরণের জন্য, ওয়েল শঙ্কুর উভয় পাশের ইলেকট্রন উত্তেজনা বৃত্তাকারভাবে মেরুকৃত আলোর প্রচারের দিক বরাবর অসমভাবে বিতরণ করা হবে, যাকে কাইরাল নির্বাচন নিয়ম বলা হয় (চিত্র 1)।

টপোলজিক্যাল পদার্থের অরৈখিক অপটিক্যাল ঘটনার তাত্ত্বিক অধ্যয়ন সাধারণত পদার্থের স্থল অবস্থার বৈশিষ্ট্য এবং প্রতিসাম্য বিশ্লেষণের গণনার সমন্বয়ের পদ্ধতি গ্রহণ করে। তবে, এই পদ্ধতিতে কিছু ত্রুটি রয়েছে: এতে ভরবেগ স্থান এবং বাস্তব স্থানের উত্তেজিত বাহকগুলির বাস্তব-সময়ের গতিশীল তথ্যের অভাব রয়েছে এবং এটি সময়-সমাধান করা পরীক্ষামূলক সনাক্তকরণ পদ্ধতির সাথে সরাসরি তুলনা স্থাপন করতে পারে না। ইলেকট্রন-ফোনন এবং ফোটন-ফোননের মধ্যে সংযোগ বিবেচনা করা যায় না। এবং নির্দিষ্ট ফেজ ট্রানজিশন ঘটতে এটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এছাড়াও, বিশৃঙ্খলা তত্ত্বের উপর ভিত্তি করে এই তাত্ত্বিক বিশ্লেষণ শক্তিশালী আলোক ক্ষেত্রের অধীনে ভৌত 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, পোস্টডক্টরাল গবেষক গুয়ান মেংক্সু এবং চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেস/বেইজিং ন্যাশনাল রিসার্চ সেন্টার ফর কনসেনট্রেটেড ম্যাটার ফিজিক্সের ইনস্টিটিউট অফ ফিজিক্সের স্টেট কী ল্যাবরেটরির সারফেস ফিজিক্সের SF10 গ্রুপের ডক্টরেট ছাত্র ওয়াং এন-এর নির্দেশনায়, বেইজিং ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির অধ্যাপক সান জিয়াতাও-এর সহযোগিতায়, তারা স্ব-উন্নত উত্তেজিত স্টেট ডাইনামিক্স সিমুলেশন সফ্টওয়্যার TDAP ব্যবহার করেছেন। দ্বিতীয় ধরণের ওয়েইল সেমি-মেটাল WTe2-তে অতি দ্রুত লেজারের প্রতি কোয়াস্টি পার্টিকেল উত্তেজনার প্রতিক্রিয়া বৈশিষ্ট্যগুলি তদন্ত করা হয়েছে।

এটি দেখানো হয়েছে যে ওয়েল বিন্দুর কাছাকাছি বাহকগুলির নির্বাচনী উত্তেজনা পারমাণবিক কক্ষপথের প্রতিসাম্য এবং রূপান্তর নির্বাচন নিয়ম দ্বারা নির্ধারিত হয়, যা কাইরাল উত্তেজনার জন্য স্বাভাবিক স্পিন নির্বাচন নিয়ম থেকে আলাদা, এবং এর উত্তেজনা পথটি রৈখিকভাবে মেরুকৃত আলো এবং ফোটন শক্তির মেরুকরণ দিক পরিবর্তন করে নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে (চিত্র 2)।

বাহকদের অসমমিত উত্তেজনা বাস্তব স্থানে বিভিন্ন দিকে আলোক প্রবাহকে প্ররোচিত করে, যা সিস্টেমের আন্তঃস্তর স্লিপের দিক এবং প্রতিসাম্যকে প্রভাবিত করে। যেহেতু WTe2 এর টপোলজিক্যাল বৈশিষ্ট্য, যেমন ওয়েল পয়েন্টের সংখ্যা এবং ভরবেগ স্থানে পৃথকীকরণের মাত্রা, সিস্টেমের প্রতিসাম্যের উপর অত্যন্ত নির্ভরশীল (চিত্র 3), বাহকদের অসমমিত উত্তেজনা ভরবেগ স্থানে ওয়েল কোয়াস্টিপেক্টিক্যালগুলির বিভিন্ন আচরণ এবং সিস্টেমের টপোলজিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলিতে সংশ্লিষ্ট পরিবর্তন আনবে। সুতরাং, গবেষণাটি ফটোটোপোলজিক্যাল ফেজ ট্রানজিশনের জন্য একটি স্পষ্ট ফেজ ডায়াগ্রাম প্রদান করে (চিত্র 4)।

ফলাফলগুলি দেখায় যে ওয়েল বিন্দুর কাছে বাহক উত্তেজনার কাইরালিটির দিকে মনোযোগ দেওয়া উচিত এবং তরঙ্গ ফাংশনের পারমাণবিক কক্ষপথের বৈশিষ্ট্যগুলি বিশ্লেষণ করা উচিত। দুটির প্রভাব একই রকম কিন্তু প্রক্রিয়া স্পষ্টতই ভিন্ন, যা ওয়েল বিন্দুর এককতা ব্যাখ্যা করার জন্য একটি তাত্ত্বিক ভিত্তি প্রদান করে। এছাড়াও, এই গবেষণায় গৃহীত গণনা পদ্ধতিটি অতি দ্রুত সময় স্কেলে পারমাণবিক এবং ইলেকট্রনিক স্তরে জটিল মিথস্ক্রিয়া এবং গতিশীল আচরণগুলিকে গভীরভাবে বুঝতে পারে, তাদের মাইক্রোফিজিক্যাল প্রক্রিয়াগুলি প্রকাশ করতে পারে এবং টপোলজিক্যাল উপকরণগুলিতে অরৈখিক অপটিক্যাল ঘটনা সম্পর্কে ভবিষ্যতে গবেষণার জন্য একটি শক্তিশালী হাতিয়ার হবে বলে আশা করা হচ্ছে।

ফলাফলগুলি নেচার কমিউনিকেশনস জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে। গবেষণাটি ন্যাশনাল কি রিসার্চ অ্যান্ড ডেভেলপমেন্ট প্ল্যান, ন্যাশনাল ন্যাচারাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন এবং চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেসের স্ট্র্যাটেজিক পাইলট প্রজেক্ট (ক্যাটাগরি বি) দ্বারা সমর্থিত।

চিত্র ১.ক. বৃত্তাকার মেরুকৃত আলোর নিচে ধনাত্মক মেরুকৃত চিহ্ন (χ=+1) সহ ওয়েল বিন্দুর জন্য কাইরালিটি নির্বাচনের নিয়ম; অনলাইন মেরুকৃত আলোতে b. χ=+1 এর ওয়েল বিন্দুতে পারমাণবিক কক্ষপথের প্রতিসাম্যের কারণে নির্বাচনী উত্তেজনা

চিত্র ২. a, Td-WTe2 এর পারমাণবিক কাঠামোর চিত্র; b. ফার্মি পৃষ্ঠের কাছাকাছি ব্যান্ড কাঠামো; (c) ব্রিলোইন অঞ্চলে উচ্চ প্রতিসম রেখা বরাবর বিতরণ করা পারমাণবিক কক্ষপথের ব্যান্ড কাঠামো এবং আপেক্ষিক অবদান, তীর (1) এবং (2) যথাক্রমে ওয়েল বিন্দুর কাছাকাছি বা দূরে উত্তেজনা নির্দেশ করে; d. গামা-X দিক বরাবর ব্যান্ড কাঠামোর প্রশস্তকরণ

চিত্র ৩.ab: স্ফটিকের A-অক্ষ এবং B-অক্ষ বরাবর রৈখিকভাবে মেরুকৃত আলোর মেরুকরণ দিকের আপেক্ষিক আন্তঃস্তরীয় গতিবিধি এবং সংশ্লিষ্ট গতিবিধি চিত্রিত করা হয়েছে; C. তাত্ত্বিক সিমুলেশন এবং পরীক্ষামূলক পর্যবেক্ষণের মধ্যে তুলনা; de: সিস্টেমের প্রতিসাম্য বিবর্তন এবং kz=0 সমতলে দুটি নিকটতম ওয়েইল বিন্দুর অবস্থান, সংখ্যা এবং বিচ্ছেদের মাত্রা

চিত্র ৪. রৈখিকভাবে মেরুকৃত আলোর ফোটন শক্তি (?) ω) এবং মেরুকরণের দিকনির্দেশনা (θ) নির্ভর ফেজ ডায়াগ্রামের জন্য Td-WTe2-তে ফটোটোপোলজিক্যাল ফেজ ট্রানজিশন