لیزرز کے ذریعے کنٹرول کیے جانے والے ویل کواسی پارٹیکلز کی انتہائی تیز رفتار حرکت کے مطالعہ میں پیش رفت ہوئی ہے۔

کے زیر کنٹرول وائل کواسی پارٹیکلز کی انتہائی تیز رفتار حرکت کے مطالعہ میں پیش رفت ہوئی ہے۔لیزر

حالیہ برسوں میں، ٹاپولوجیکل کوانٹم سٹیٹس اور ٹاپولوجیکل کوانٹم میٹریل پر نظریاتی اور تجرباتی تحقیق کنڈینسڈ مادے کی طبیعیات کے میدان میں ایک گرما گرم موضوع بن گئی ہے۔ مادے کی درجہ بندی کے ایک نئے تصور کے طور پر، ٹاپولوجیکل آرڈر، جیسا کہ ہم آہنگی، گاڑھا مادے کی طبیعیات میں ایک بنیادی تصور ہے۔ ٹوپولوجی کی گہری تفہیم کا تعلق گاڑھا مادے کی طبیعیات کے بنیادی مسائل سے ہے، جیسے کہ بنیادی الیکٹرانک ڈھانچہکوانٹم مراحلکوانٹم فیز ٹرانزیشنز اور کوانٹم فیزز میں بہت سے متحرک عناصر کی حوصلہ افزائی۔ ٹاپولوجیکل مواد میں، آزادی کی بہت سی ڈگریوں، جیسے الیکٹران، فونون اور سپن کے درمیان جوڑا، مادی خصوصیات کو سمجھنے اور ان کو منظم کرنے میں فیصلہ کن کردار ادا کرتا ہے۔ ہلکی اتیجیت کا استعمال مختلف تعاملات کے درمیان فرق کرنے اور مادے کی حالت میں ہیرا پھیری کے لیے کیا جا سکتا ہے، اور اس کے بعد مادے کی بنیادی جسمانی خصوصیات، ساختی مرحلے کی منتقلی، اور نئی کوانٹم حالتوں کے بارے میں معلومات حاصل کی جا سکتی ہیں۔ فی الحال، روشنی کے میدان سے چلنے والے ٹاپولوجیکل مواد کے میکروسکوپک رویے اور ان کے خوردبین جوہری ڈھانچے اور الیکٹرانک خصوصیات کے درمیان تعلق ایک تحقیقی مقصد بن گیا ہے۔

ٹاپولوجیکل مواد کے فوٹو الیکٹرک ردعمل کا رویہ اس کے خوردبین الیکٹرانک ڈھانچے سے گہرا تعلق رکھتا ہے۔ ٹاپولوجیکل سیمی میٹلز کے لیے، بینڈ انٹرسیکشن کے قریب کیریئر کی حوصلہ افزائی نظام کی لہر فنکشن کی خصوصیات کے لیے انتہائی حساس ہے۔ ٹاپولوجیکل نیم دھاتوں میں نان لائنر آپٹیکل مظاہر کا مطالعہ ہمیں نظام کی پرجوش حالتوں کی طبعی خصوصیات کو بہتر طور پر سمجھنے میں مدد دے سکتا ہے، اور امید کی جاتی ہے کہ ان اثرات کا استعمالآپٹیکل آلاتاور شمسی خلیوں کا ڈیزائن، مستقبل میں ممکنہ عملی ایپلی کیشنز فراہم کرتا ہے۔ مثال کے طور پر، ایک وائل نیم دھات میں، گول پولرائزڈ روشنی کے فوٹون کو جذب کرنے سے اسپن پلٹ جائے گا، اور زاویہ مومنٹم کے تحفظ کو پورا کرنے کے لیے، وائل شنک کے دونوں اطراف الیکٹران کی حوصلہ افزائی کو گول پولرائزڈ لائٹ پروپیگیشن کی سمت کے ساتھ غیر متناسب طور پر تقسیم کیا جائے گا (جسے Fchiig قاعدہ کہا جاتا ہے)۔

ٹاپولوجیکل مواد کے نان لائنر آپٹیکل مظاہر کا نظریاتی مطالعہ عام طور پر مادی زمینی حالت کی خصوصیات اور ہم آہنگی کے تجزیہ کے حساب کتاب کو یکجا کرنے کا طریقہ اختیار کرتا ہے۔ تاہم، اس طریقہ کار میں کچھ نقائص ہیں: اس میں مومینٹم اسپیس اور حقیقی اسپیس میں پرجوش کیریئرز کی حقیقی وقت کی متحرک معلومات کا فقدان ہے، اور یہ وقت کے حل شدہ تجرباتی پتہ لگانے کے طریقہ سے براہ راست موازنہ قائم نہیں کرسکتا۔ الیکٹران فونون اور فوٹوون فونون کے درمیان جوڑے پر غور نہیں کیا جا سکتا۔ اور یہ خاص مرحلے کی منتقلی کے لیے بہت ضروری ہے۔ مزید برآں، یہ نظریاتی تجزیہ ارتکاز نظریہ پر مبنی مضبوط روشنی کے میدان کے تحت جسمانی عمل سے نمٹ نہیں سکتا۔ پہلے اصولوں پر مبنی وقت پر منحصر کثافت فنکشنل مالیکیولر ڈائنامکس (TDDFT-MD) سمولیشن مندرجہ بالا مسائل کو حل کر سکتی ہے۔

حال ہی میں، محقق مینگ شینگ کی رہنمائی میں، پوسٹ ڈاکیٹرل محقق گوان مینگسو اور چینی اکیڈمی آف سائنسز کے انسٹی ٹیوٹ آف فزکس کے اسٹیٹ کلیدی لیبارٹری آف سرفیس فزکس کے ایس ایف 10 گروپ کے ڈاکٹریٹ کے طالب علم وانگ این/بیجنگ نیشنل ریسرچ سینٹر فار کنسنٹریٹڈ میٹر فزکس، انہوں نے سنٹیریٹڈ مادّے کی طبیعیات کے سائنسی مرکز کے تعاون سے انسٹی ٹیوٹ آف سنٹرڈ میٹریل فزکس کا استعمال کیا۔ خود ترقی یافتہ پرجوش اسٹیٹ ڈائنامکس سمولیشن سافٹ ویئر TDAP۔ دوسری قسم کے Weyl سیمی میٹل WTe2 میں الٹرا فاسٹ لیزر کو کواسٹی پارٹیکل ایکسائٹیشن کی ردعمل کی خصوصیات کی چھان بین کی گئی ہے۔

یہ دکھایا گیا ہے کہ وائل پوائنٹ کے قریب کیریئرز کا انتخابی اتیجیت جوہری مداری ہم آہنگی اور منتقلی کے انتخاب کے اصول سے طے ہوتا ہے، جو کیرل اتیجیت کے لیے عام اسپن انتخاب کے اصول سے مختلف ہے، اور اس کے اتیجیت کے راستے کو لکیری پولرائزڈ روشنی اور فوٹون توانائی کی پولرائزیشن سمت کو تبدیل کرکے کنٹرول کیا جا سکتا ہے (تصویر 2)۔

کیریئرز کا غیر متناسب جوش حقیقی جگہ میں مختلف سمتوں میں فوٹوکورینٹ کو اکساتا ہے، جو نظام کی انٹرلیئر سلپ کی سمت اور ہم آہنگی کو متاثر کرتا ہے۔ چونکہ WTe2 کی ٹاپولوجیکل خصوصیات، جیسے Weyl پوائنٹس کی تعداد اور مومینٹم اسپیس میں علیحدگی کی ڈگری، نظام کی ہم آہنگی پر بہت زیادہ انحصار کرتی ہیں (شکل 3)، کیریئرز کا غیر متناسب جوش مومینٹم اسپیس میں Weyl quastiparticles کے مختلف رویے اور اوپری نظام میں متعلقہ خصوصیات کی تبدیلیاں لائے گا۔ اس طرح، مطالعہ فوٹوٹوولوجیکل فیز ٹرانزیشن (شکل 4) کے لیے ایک واضح فیز ڈایاگرام فراہم کرتا ہے۔

نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ وائل پوائنٹ کے قریب کیریئر کی حوصلہ افزائی کی چیرالٹی پر توجہ دی جانی چاہئے، اور لہر فنکشن کی جوہری مداری خصوصیات کا تجزیہ کیا جانا چاہئے۔ دونوں کے اثرات ایک جیسے ہیں لیکن طریقہ کار واضح طور پر مختلف ہے، جو وائل پوائنٹس کی یکسانیت کی وضاحت کے لیے ایک نظریاتی بنیاد فراہم کرتا ہے۔ اس کے علاوہ، اس مطالعہ میں اپنایا گیا کمپیوٹیشنل طریقہ جوہری اور الیکٹرانک سطحوں پر پیچیدہ تعاملات اور متحرک رویوں کو انتہائی تیز رفتار ٹائم اسکیل میں سمجھ سکتا ہے، ان کے مائیکرو فزیکل میکانزم کو ظاہر کر سکتا ہے، اور توقع ہے کہ ٹاپولوجیکل مواد میں نان لائنر آپٹیکل مظاہر پر مستقبل کی تحقیق کے لیے ایک طاقتور ٹول ثابت ہوگا۔

نتائج جرنل نیچر کمیونیکیشنز میں ہیں۔ تحقیقی کام کو نیشنل کی ریسرچ اینڈ ڈیولپمنٹ پلان، نیشنل نیچرل سائنس فاؤنڈیشن اور چائنیز اکیڈمی آف سائنسز کے اسٹریٹجک پائلٹ پروجیکٹ (کیٹیگری بی) کی مدد حاصل ہے۔

FIG.1.a سرکلر پولرائزڈ لائٹ کے تحت مثبت chirality سائن (χ=+1) کے ساتھ Weyl پوائنٹس کے لیے چیرلٹی سلیکشن کا اصول؛ b کے ویل پوائنٹ پر جوہری مداری توازن کی وجہ سے منتخب جوش۔ آن لائن پولرائزڈ لائٹ میں χ=+1

انجیر۔ 2. a، Td-WTe2 کا جوہری ڈھانچہ ڈایاگرام؛ ب فرمی سطح کے قریب بینڈ کی ساخت؛ (c) بینڈ کا ڈھانچہ اور برلوئن خطے میں اعلی ہم آہنگی خطوط کے ساتھ تقسیم کردہ ایٹم مدار کی رشتہ دار شراکت، تیر (1) اور (2) بالترتیب Weyl پوائنٹس کے قریب یا دور جوش کی نمائندگی کرتے ہیں۔ d Gamma-X سمت کے ساتھ ساتھ بینڈ کے ڈھانچے کو بڑھانا

FIG.3.ab: کرسٹل کے A-axis اور B-axis کے ساتھ لکیری طور پر پولرائزڈ لائٹ پولرائزیشن سمت کی رشتہ دار انٹر لیئر موومنٹ، اور اسی موومنٹ موڈ کو واضح کیا گیا ہے۔ C. نظریاتی نقلی اور تجرباتی مشاہدے کے درمیان موازنہ؛ de: نظام کی ہم آہنگی کا ارتقاء اور kz=0 جہاز میں دو قریب ترین وائل پوائنٹس کی پوزیشن، تعداد اور علیحدگی کی ڈگری

انجیر۔ 4. لکیری پولرائزڈ لائٹ فوٹون انرجی (؟) ω) اور پولرائزیشن ڈائریکشن (θ) پر منحصر فیز ڈایاگرام کے لیے Td-WTe2 میں فوٹوٹوپولوجیکل فیز ٹرانزیشن