| cyqdesign | 2018-07-06 10:47 |
中科院物理所發(fā)現(xiàn)黑磷中的非平衡拓?fù)鋺B(tài)在通常條件下黑磷是窄帶隙半導(dǎo)體，然而在光照等非平衡條件下，黑磷性質(zhì)可能發(fā)生巨大改變，但人們并不知曉。為了研究光照等非平衡條件下量子材料的非平衡電子結(jié)構(gòu)，需要發(fā)展非平衡條件下的第一性原理計算方法。 最近，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心表面物理國家重點實驗室SF10組博士生劉行在研究員孟勝、副研究員孫家濤指導(dǎo)下，與美國猶他大學(xué)教授劉鋒合作，發(fā)展了把Floquet定理分析和第一性原理動力學(xué)計算相結(jié)合的新方法，在國際上首次實現(xiàn)了層狀黑磷在周期性光場驅(qū)動下的非平衡態(tài)電子結(jié)構(gòu)的研究。 劉行等發(fā)現(xiàn)在圓偏振光場驅(qū)動下，黑磷的電子態(tài)受光場調(diào)制而發(fā)生改變，其結(jié)果依賴于光場的入射方向、強(qiáng)度、手性等參數(shù)。在拉伸黑磷中，他們預(yù)言了光子修飾的Floquet拓?fù)浣^緣體態(tài)、Floquet狄拉克半金屬態(tài)等非平衡電子態(tài)。更重要的是，周期性光場不僅可以產(chǎn)生第一類和第二類的狄拉克錐，并且可以實現(xiàn)二者之間的拓?fù)湎嘧�，從而實現(xiàn)第三類的狄拉克錐，即第一類和第二類狄拉克錐之間的過渡狀態(tài)。 光場驅(qū)動的電子結(jié)構(gòu)變化源于光學(xué)斯塔克效應(yīng)。他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，表面態(tài)的輸運方向與圓偏光的手性相互鎖定，從而實現(xiàn)光學(xué)手段對非平衡拓?fù)漭斶\的調(diào)控。這個工作將黑磷性質(zhì)研究推廣到了非平衡態(tài)，對于深入理解量子材料的非平衡態(tài)電子結(jié)構(gòu)，以及開拓新穎光電子器件具有重要意義。同時，發(fā)展的新理論方法可用于研究其它量子材料的非平衡電子態(tài)，將大大拓寬新型拓?fù)潆娮討B(tài)研究。 論文發(fā)表在《物理評論快報》(Phys. Rev. Lett. 120，237403)上。該研究受到科技部(2016YFA0202300, 2016YFA0300902, 2015CB921001, 2013CBA01600)、中科院先導(dǎo)項目(XDB07030100)和美國能源局(DE-FG02-04ER46148)的資助。第一性原理研究所需的大規(guī)模并行計算在天津國家超算中心天河1號平臺上完成。 [attachment=85109] 圖1. 圓偏光輻射下的黑磷結(jié)構(gòu)示意圖，及其Floquet電子態(tài)的變化。 [attachment=85110] 圖2. 圓偏光調(diào)控的非平衡電子態(tài)及其Lifshitz相變。 [attachment=85111] 圖3. 圓偏光的入射光子能量、入射光強(qiáng)度、手性、入射角度等參量對于Floquet狄拉克電子態(tài)的影響。 [attachment=85112] 圖4. 黑磷中非平衡電子態(tài)變化的物理機(jī)制來源于光學(xué)斯塔克效應(yīng)。  圖5. 入射光手性與邊緣態(tài)電子輸運速度是鎖定的，有利于設(shè)計新型光控拓?fù)淦骷?/div> 文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.237403 |
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