Tá ról ríthábhachtach ag lochtanna topological sa phróiseas aistrithe céime. Ag glacadh leis an teoiric maidir le foirmiú na cruinne go luath mar shampla, tar éis an Big Bang, d'fhuaraigh an cruinne go tapa, rud a chuir tús le sraith aistrithe céime spontáineacha. Tá sé molta ag fisiceoirí teoiriciúla, cosúil le Tom Kibble, go ndéanfaí lochtanna toipeolaíocha mar aon leis na haistrithe céime seo ag teochtaí pluiméireachta, agus tugtar teaghráin chosmacha ar na lochtanna seo. Ós rud é go bhfuil sé deacair fós próiseas foirmithe teaghráin chosmaí a bhreathnú go díreach trí na modhanna turgnamhacha reatha, tá daoine ag iniúchadh freisin ar úsáid córais eile chun staidéar a dhéanamh ar lochtanna topolaíochta, agus soláthraíonn ábhair chandamach ardán idéalach chun staidéar a dhéanamh ar phróiseas foirmithe lochtanna toipeolaíocha ag an suíomh. leibhéal micreascópach. I staidéar a dhéanamh ar ábhair chandamach, ní hamháin go gcruthaítear lochtanna topolaíochta i laghduithe teochta, ach is féidir lochtanna topological neamhbhuan a ghiniúint trí excitation bhíoma femtosecond, agus is minic a chothaíonn na lochtanna seo airíonna nó aistrithe céime nach bhfuil ann i gcothromaíocht, mar shampla solas-. aistrithe céime inslitheoir-miotail spreagtha agus iompar cosúil le sársheoltóireacht. Cosúil le fadhb na teaghráin chosmaí, tá easpa tuairimí turgnamhacha ar scálaí micreascópacha agus scálaí ama ultrashort i bhfoirmiú dinimiciúil lochtanna topolaíochta grianghraf-spreagtha, agus tá easpa comhdhearcadh ann maidir leis an am cruinn atá ag teastáil chun lochtanna toipeolaíocha a fhoirmiú.
Íomhá Fíor 1: Giniúint lochtanna toipeolaíocha de bharr léasair femtosecond
D'fhonn a bheith in ann staidéar a dhéanamh ar phróiseas foirmithe na lochtanna seo ag scála spásúil na nanaiméadar agus ag scála ama femtoseconds, rinne grúpa faoi stiúir an Ollaimh Treoraí ó Scoil na Fisice agus na Réalteolaíochta/Institiúid Ard-Léinn Zhangjiang agus an tAcadamh Jie. Chomhoibrigh Zhang ó Scoil na Fisice agus na Réalteolaíochta/Institiúid Taighde Li Zhendao ag Ollscoil Shanghai Jiao Tong le taighdeoirí ó Ollscoil Eolaíochta agus Teicneolaíochta Shanghai (SUSTech), Ollscoileanna California, Berkeley, agus Los Angeles, Saotharlann Náisiúnta Brookhaven (BNL). ), agus Ollscoil Amstardam (UA). I gcomhar le taighdeoirí in Ollscoil California, Berkeley, agus Los Angeles, Saotharlann Náisiúnta Brookhaven, agus Ollscoil Amstardam, tá úsáid á baint ag an ngrúpa as córas díraonta leictreoin ultrafast mega-volta a forbraíodh go neamhspleách le tacaíocht ón gClár Náisiúnta um Ionstraimíocht Taighde de. Fondúireacht Eolaíochta agus Teicneolaíochta na Síne (CNRI), agus tá sé faoi deara, i bhfíor-am agus ar an scála adamhach, dinimic na lochtanna topological a fhoirmiú san ábhar muirear-dlúis-tonn 1T-TiSe2 faoi excitation optúla (Fíor 1). Foilsíodh an obair le déanaí i Nature Physics faoin teideal "Ultrafast formation of topological lochtanna in a 2D charge dlúis tonn".
Murab ionann agus íomháú díreach lochtanna sa fhíorspás, baineann an turgnamh seo úsáid as díraonadh chun faisnéis struchtúrach a fháil faoi lochtanna, mar go gcruthaíonn struchtúir fabhtanna éagsúla méarloirg díraonta sa spás inbhéartach (Fíor 2). Tar éis anailís agus insamhladh a dhéanamh ar na buaiceanna díraonta chomh maith leis na comharthaí scaipthe idirleata, d'éirigh leis an bhfoireann taighde próiseas dinimiciúil struchtúir ábhair agus lochtanna topolaíochta a dhíchódú tar éis excitation solais.
Íomhá 2: Léiriú scéimreach ar fhaisnéis spot díraonta a fhreagraíonn do dháileacháin struchtúir éagsúla
Rinneadh na turgnaimh ar an ábhar chandamach 2D 1T-TiSe2, a théann faoi thrasdul céim tonn dlús luchta (CDW) in aice le 200 K. Fuair an fhoireann amach i dturgnaimh san am atá caite gur féidir struchtúr an CDW i roinnt de na sraitheanna a rialú i gceann de na sraitheanna. modh ordúil ag léasair femtosecond lag chun an ciseal iomlán a inbhéartú nuair a bhíonn an teocht faoi bhun 200 K. Mar thoradh air sin, is féidir fearann le stát leictreonach 2D a fhoirmiú ag comhéadan an CDW bunaidh agus CDW an inbhéartaithe ciseal. balla fearainn le stáit leictreonacha déthoiseacha [Nádúr 595,239(2021)]. De réir mar a leanann dlús fuinnimh an léasair caidéil ag méadú, tá méadú de réir a chéile ar líon na sraitheanna CDW atá faoi iompar inbhéartaithe struchtúrach, agus déantar an CDW tríthoiseach a chlaochlú go hiomlán ina CDW déthoiseach gan aon chomhghaol idir na sraitheanna [Cumarsáid Dúlra 13, 963 (2022)].
Sa staidéar seo, roghnaigh an fhoireann an teocht tomhais os cionn 200 K, is é sin an staid nach bhfuil ach 2D CDW in-eitleán ann i 1T-TiSe2. Trí anailís a dhéanamh ar an gcomhartha scaipthe idirleata sa láthair díraonta, atá thart ar 1000 uair níos laige ná an buaic-chomhartha Bragg traidisiúnta (Fíor 3), fuair an fhoireann amach go dtéann an CDW déthoiseach laistigh den ghné faoi phróiseas inbhéartaithe comhchosúil leis na trí cinn. -dimensional CDW, ie, go bhfuil inbhéartú CDW aon-shnáithe laistigh den ghné, agus go gcothaíonn an próiseas inbhéartaithe seo foirmiú balla fearainn aontoiseach, .i. lochtanna topolaíochta aontoiseacha, laistigh den tsraith (féach léaráid scéimreach i an chúinne íochtair ar chlé de Fíor 2).
A bhuíochas le réiteach ama ultra-ard agus cóimheas comhartha-go-torann an chórais, agus ballaí an fhearainn 1D á thomhas, fuair an grúpa amach freisin go bhfuil roinnt comharthaí scaipthe idirleata le dáiltí speisialta ag gabháil leis an scála ama céanna maidir le foirmiú lochtanna. an spás inbhéartach. In éineacht le insamhaltaí teoiriciúla ar na comharthaí scaipthe idirleata agus dinimic ghaolmhara, fuair an fhoireann go dtagann na comharthaí seo ó fhónóin fhuaimiúla fadaimseartha a ghintear trí excitation optúla, agus gurb iad na fóin fuaime fadaimseartha seo an fachtóir spreagtha maidir le bunú na lochtanna balla fearainn slabhra a luaitear thuas. .
Taispeánann an obair seo den chéad uair an próiseas foirmithe locht i scála ama fo-picosecond agus an príomhról atá ag creathadh laitíse sa phróiseas, rud a sholáthróidh faisnéis thábhachtach don tuiscint sa todhchaí ar nádúr ábhar neamhchothromaíochta agus ról na topological. lochtanna, agus is féidir leis an modh anailíse dinimic phonon cabhrú freisin le tuiscint bhreise a fháil ar an meicníocht comhshó fuinnimh in ábhair chandamach, ábhair thermoelectric, agus ábhair nua fuinnimh eile.
Thacaigh Príomhchlár Taighde agus Forbartha Náisiúnta na Síne (Uimh. 2021YFA1400202), Fondúireacht Náisiúnta Eolaíochta Nádúrtha na Síne (NNSFC) (Uimh. 11925505, 12005132, 11504232 agus 11721091), Príomhchlár Choimisiún Bardasach Shanghai leis an obair seo. Eolaíocht agus Teicneolaíocht (Uimh. 16DZ2260200), Roinn Fuinnimh na SA (DOE) agus Fondúireacht Eolaíochta Náisiúnta na SA (NSF). Fondúireacht (NSF). Is iad an Dr Yun Cheng (a bhain céim amach) ó Ollscoil Shanghai Jiaotong agus an Dr. Alfred Zong, Comhalta Miller in Ollscoil California, Berkeley (le bheith ina Ollamh Cúnta in Ollscoil Stanford go luath) comhchéadúdair an ailt.
