লেজার দ্বারা নিয়ন্ত্রিত ওয়েইল কোয়াসিপার্টিকেলের অতিদ্রুত গতির গবেষণায় অগ্রগতি সাধিত হয়েছে।

ওয়েইল কোয়াসিপার্টিকেলের অতিদ্রুত গতির অধ্যয়নে অগ্রগতি সাধিত হয়েছে যা নিয়ন্ত্রিত হয়লেজার

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, টপোলজিক্যাল কোয়ান্টাম অবস্থা এবং টপোলজিক্যাল কোয়ান্টাম পদার্থ নিয়ে তাত্ত্বিক ও পরীক্ষামূলক গবেষণা ঘনীভূত পদার্থবিজ্ঞানের ক্ষেত্রে একটি আলোচিত বিষয় হয়ে উঠেছে। পদার্থের শ্রেণিবিন্যাসের একটি নতুন ধারণা হিসেবে, টপোলজিক্যাল শৃঙ্খলা, প্রতিসাম্যের মতোই, ঘনীভূত পদার্থবিজ্ঞানের একটি মৌলিক ধারণা। টপোলজি সম্পর্কে গভীর জ্ঞান ঘনীভূত পদার্থবিজ্ঞানের মৌলিক সমস্যাগুলির সাথে সম্পর্কিত, যেমন পদার্থের মৌলিক ইলেকট্রনীয় কাঠামো।কোয়ান্টাম পর্যায়কোয়ান্টাম দশা পরিবর্তন এবং কোয়ান্টাম দশায় অনেক স্থির উপাদানের উত্তেজনা। টপোলজিক্যাল পদার্থে, ইলেকট্রন, ফোনন এবং স্পিনের মতো বিভিন্ন স্বাধীনতার মাত্রার মধ্যেকার সংযোগ পদার্থের বৈশিষ্ট্য বোঝা এবং নিয়ন্ত্রণ করার ক্ষেত্রে একটি নির্ণায়ক ভূমিকা পালন করে। আলোক উত্তেজনা ব্যবহার করে বিভিন্ন মিথস্ক্রিয়ার মধ্যে পার্থক্য করা এবং পদার্থের অবস্থাকে নিয়ন্ত্রণ করা যায়, এবং এর মাধ্যমে পদার্থের মৌলিক ভৌত বৈশিষ্ট্য, কাঠামোগত দশা পরিবর্তন এবং নতুন কোয়ান্টাম অবস্থা সম্পর্কে তথ্য পাওয়া যেতে পারে। বর্তমানে, আলোক ক্ষেত্র দ্বারা চালিত টপোলজিক্যাল পদার্থের ম্যাক্রোস্কোপিক আচরণের সাথে তাদের মাইক্রোস্কোপিক পারমাণবিক কাঠামো এবং ইলেকট্রনিক বৈশিষ্ট্যের সম্পর্ক একটি গবেষণার লক্ষ্যে পরিণত হয়েছে।

টপোলজিক্যাল পদার্থসমূহের আলোক-বৈদ্যুতিক সাড়াদান আচরণ এর আণুবীক্ষণিক ইলেকট্রনীয় কাঠামোর সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। টপোলজিক্যাল সেমি-মেটালসমূহের ক্ষেত্রে, ব্যান্ড ছেদবিন্দুর নিকটবর্তী বাহকের উত্তেজনা সিস্টেমের তরঙ্গ ফাংশনের বৈশিষ্ট্যের প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল। টপোলজিক্যাল সেমি-মেটালসমূহে অরৈখিক আলোকীয় ঘটনাসমূহের অধ্যয়ন সিস্টেমের উত্তেজিত অবস্থাগুলোর ভৌত বৈশিষ্ট্য আরও ভালোভাবে বুঝতে আমাদের সাহায্য করতে পারে, এবং আশা করা যায় যে এই প্রভাবগুলো উৎপাদনে ব্যবহার করা যাবে।অপটিক্যাল ডিভাইসএবং সৌর কোষের নকশা, যা ভবিষ্যতে সম্ভাব্য বাস্তব প্রয়োগের সুযোগ তৈরি করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি ওয়েল সেমি-মেটালে, বৃত্তীয়ভাবে পোলারাইজড আলোর একটি ফোটন শোষণ করলে স্পিনটি উল্টে যায়, এবং কৌণিক ভরবেগের সংরক্ষণ নীতি পূরণের জন্য, ওয়েল কোণের উভয় পাশের ইলেকট্রন উত্তেজনা বৃত্তীয়ভাবে পোলারাইজড আলোর প্রসারণের দিক বরাবর অপ্রতিসমভাবে বণ্টিত হয়, যাকে কাইরাল সিলেকশন রুল বলা হয় (চিত্র ১)।

টপোলজিক্যাল পদার্থের অরৈখিক আলোকীয় ঘটনার তাত্ত্বিক গবেষণায় সাধারণত পদার্থের ভূমি-অবস্থার বৈশিষ্ট্য গণনা এবং প্রতিসাম্য বিশ্লেষণের সমন্বিত পদ্ধতি অবলম্বন করা হয়। তবে, এই পদ্ধতির কিছু ত্রুটি রয়েছে: এতে ভরবেগ স্থান এবং বাস্তব স্থানে উত্তেজিত বাহকগুলির রিয়েল-টাইম গতিশীল তথ্যের অভাব রয়েছে এবং এটি সময়-সমাধানকৃত পরীক্ষামূলক সনাক্তকরণ পদ্ধতির সাথে সরাসরি তুলনা স্থাপন করতে পারে না। ইলেকট্রন-ফোনন এবং ফোটন-ফোননের মধ্যে কাপলিং বিবেচনা করা যায় না। এবং এটি নির্দিষ্ট দশা রূপান্তর ঘটার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এছাড়াও, পার্টারবেশন তত্ত্বের উপর ভিত্তি করে এই তাত্ত্বিক বিশ্লেষণ শক্তিশালী আলোক ক্ষেত্রের অধীনে ভৌত প্রক্রিয়াগুলি নিয়ে কাজ করতে পারে না। প্রথম নীতির উপর ভিত্তি করে সময়-নির্ভর ঘনত্ব কার্যকরী আণবিক গতিবিদ্যা (TDDFT-MD) সিমুলেশন উপরের সমস্যাগুলি সমাধান করতে পারে।

সম্প্রতি, চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেস-এর ইনস্টিটিউট অফ ফিজিক্স/বেইজিং ন্যাশনাল রিসার্চ সেন্টার ফর কনসেনট্রেটেড ম্যাটার ফিজিক্স-এর স্টেট কী ল্যাবরেটরি অফ সারফেস ফিজিক্স-এর এসএফ১০ গ্রুপের গবেষক মেং শেং, পোস্টডক্টরাল গবেষক গুয়ান মেংজুয়ে এবং ডক্টরাল ছাত্র ওয়াং এন-এর নির্দেশনায়, বেইজিং ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির অধ্যাপক সান জিয়াতাও-এর সহযোগিতায়, তাঁরা স্ব-উন্নত উত্তেজিত অবস্থা গতিবিদ্যা সিমুলেশন সফটওয়্যার টিডিএপি (TDAP) ব্যবহার করেছেন। এতে দ্বিতীয় প্রকারের ওয়েল সেমি-মেটাল WTe2-তে অতিদ্রুত লেজারের প্রতি কোয়াস্টিপার্টিকেল উত্তেজনার প্রতিক্রিয়া বৈশিষ্ট্যগুলি অনুসন্ধান করা হয়েছে।

দেখা গেছে যে, ওয়েল পয়েন্টের কাছাকাছি বাহকগুলির নির্বাচনী উত্তেজনা পারমাণবিক অরবিটাল প্রতিসাম্য এবং রূপান্তর নির্বাচন বিধি দ্বারা নির্ধারিত হয়, যা কাইরাল উত্তেজনার জন্য প্রচলিত স্পিন নির্বাচন বিধি থেকে ভিন্ন, এবং এর উত্তেজনার পথ রৈখিকভাবে পোলারাইজড আলোর পোলারাইজেশনের দিক এবং ফোটন শক্তি পরিবর্তনের মাধ্যমে নিয়ন্ত্রণ করা যায় (চিত্র ২)।

বাহকসমূহের অপ্রতিসম উদ্দীপনা বাস্তব স্থানে বিভিন্ন দিকে আলোকপ্রবাহ সৃষ্টি করে, যা সিস্টেমের আন্তঃস্তরীয় পিছলে যাওয়ার 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 ৩), তাই বাহকসমূহের অপ্রতিসম উদ্দীপনা ভরবেগ স্থানে ওয়েল কোয়াস্টিপার্টিকেলসমূহের ভিন্ন আচরণ এবং সিস্টেমের টপোলজিক্যাল বৈশিষ্ট্যে অনুরূপ পরিবর্তন ঘটাবে। সুতরাং, এই গবেষণাটি আলোক-টপোলজিক্যাল দশা পরিবর্তনের জন্য একটি সুস্পষ্ট দশা চিত্র প্রদান করে (চিত্র ৪)।

ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, ওয়েল পয়েন্টের কাছাকাছি ক্যারিয়ার এক্সাইটেশনের কাইরালিটির প্রতি মনোযোগ দেওয়া উচিত এবং ওয়েভ ফাংশনের পারমাণবিক অরবিটাল বৈশিষ্ট্য বিশ্লেষণ করা প্রয়োজন। এই দুটির প্রভাব একই রকম হলেও এদের কার্যপ্রণালী সুস্পষ্টভাবে ভিন্ন, যা ওয়েল পয়েন্টের সিঙ্গুলারিটি ব্যাখ্যা করার জন্য একটি তাত্ত্বিক ভিত্তি প্রদান করে। এছাড়াও, এই গবেষণায় গৃহীত কম্পিউটেশনাল পদ্ধতিটি অতি-দ্রুত সময়ের মধ্যে পারমাণবিক ও ইলেকট্রনিক স্তরের জটিল মিথস্ক্রিয়া এবং গতিশীল আচরণ গভীরভাবে বুঝতে পারে, তাদের মাইক্রোফিজিক্যাল কার্যপ্রণালী উন্মোচন করতে পারে এবং টপোলজিক্যাল পদার্থে নন-লিনিয়ার অপটিক্যাল ঘটনা নিয়ে ভবিষ্যৎ গবেষণার জন্য এটি একটি শক্তিশালী হাতিয়ার হবে বলে আশা করা যায়।

ফলাফলগুলো ‘নেচার কমিউনিকেশনস’ জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে। এই গবেষণা কাজটি জাতীয় গুরুত্বপূর্ণ গবেষণা ও উন্নয়ন পরিকল্পনা, জাতীয় প্রাকৃতিক বিজ্ঞান ফাউন্ডেশন এবং চীনা বিজ্ঞান একাডেমির কৌশলগত পাইলট প্রকল্প (বি ক্যাটাগরি) দ্বারা সমর্থিত।

চিত্র ১.ক. বৃত্তীয়ভাবে পোলারাইজড আলোর অধীনে ধনাত্মক কাইরালিটি চিহ্নযুক্ত (χ=+1) ওয়েল পয়েন্টের জন্য কাইরালিটি নির্বাচন নিয়ম; অন-লাইন পোলারাইজড আলোতে খ. χ=+1 ওয়েল পয়েন্টে পারমাণবিক অরবিটাল প্রতিসাম্যের কারণে নির্বাচনী উত্তেজনা।

চিত্র ২. ক, Td-WTe2 এর পারমাণবিক গঠন চিত্র; খ. ফার্মি পৃষ্ঠের নিকটবর্তী ব্যান্ড কাঠামো; (গ) ব্রিলুইন অঞ্চলে উচ্চ প্রতিসম রেখা বরাবর বণ্টিত পারমাণবিক অরবিটালের ব্যান্ড কাঠামো এবং আপেক্ষিক অবদান, তীর (1) এবং (2) যথাক্রমে ওয়েল পয়েন্টের নিকটবর্তী বা দূরবর্তী উত্তেজনা নির্দেশ করে; ঘ. গামা-এক্স দিক বরাবর ব্যান্ড কাঠামোর বিবর্ধন।

চিত্র ৩.ab: স্ফটিকের A-অক্ষ এবং B-অক্ষ বরাবর রৈখিকভাবে পোলারাইজড আলোর পোলারাইজেশন দিকের আপেক্ষিক আন্তঃস্তরীয় সরণ এবং এর সংশ্লিষ্ট সরণ পদ্ধতি চিত্রিত করা হয়েছে; C. তাত্ত্বিক সিমুলেশন এবং পরীক্ষামূলক পর্যবেক্ষণের মধ্যে তুলনা; de: সিস্টেমের প্রতিসাম্য বিবর্তন এবং kz=0 সমতলে দুটি নিকটতম ওয়েল পয়েন্টের অবস্থান, সংখ্যা এবং পৃথকীকরণের মাত্রা।

চিত্র ৪। রৈখিকভাবে পোলারাইজড আলোর ফোটন শক্তি (ω) এবং পোলারাইজেশন দিক (θ) নির্ভর দশা চিত্রের জন্য Td-WTe2-তে ফোটোটোপোলজিক্যাল দশা রূপান্তর।