Simple Science

Ciência de ponta explicada de forma simples

# Física# Ciência dos materiais# Física à mesoescala e à nanoescala

Luz Polarizada Circularmente e Semimetais Topológicos

Pesquisas mostram como a luz influencia as propriedades únicas dos semimetais topológicos.

― 4 min ler


Semimetais de Luz eSemimetais de Luz eTopológicospropriedades eletrônicas.Impacto da luz polarizada circular nas
Índice

Nos últimos anos, os cientistas têm mostrado um interesse crescente por um tipo especial de materiais conhecidos como Semimetais Topológicos. Esses materiais têm propriedades únicas que vêm de suas estruturas eletrônicas, permitindo que eles conduzam eletricidade de maneiras diferentes. Uma parte significativa dessa pesquisa foca em entender como esses materiais se comportam quando expostos a tipos específicos de luz, especialmente Luz Polarizada Circularmente.

O que são Semimetais Topológicos?

Semimetais topológicos são materiais que têm pontos especiais na sua estrutura eletrônica chamados de pontos nodais. Esses pontos nodais podem ser vistos como lugares onde os níveis de energia dos elétrons se encontram. Diferente dos materiais convencionais, onde os níveis de energia são separados, esses pontos permitem propriedades físicas únicas. Por exemplo, elétrons nesses materiais podem se mover livremente sem se dispersar, resultando em uma mobilidade muito alta.

O Papel da Luz

A interação entre a luz e esses materiais pode levar a mudanças em suas propriedades. Os cientistas desenvolveram técnicas, como a engenharia Floquet, que envolve iluminar um material com luz periódica para manipular seus estados eletrônicos. Ao variar a intensidade e o tipo de luz, os pesquisadores podem criar condições desejáveis nesses materiais.

Luz Polarizada Circularmente (CPL)

A luz polarizada circularmente é um tipo específico de luz cujo campo elétrico rota em um movimento circular. Quando essa luz interage com semimetais topológicos, pode quebrar certas Simetrias no material. Essa quebra de simetrias é crucial porque pode levar à formação de novos estados eletrônicos, como os nós de Weyl. Nós de Weyl são outro tipo de ponto especial na estrutura eletrônica, que pode surgir da divisão dos pontos nodais originais sob a influência da luz.

O que Acontece com o Material?

Quando um semimetal topológico é exposto a luz polarizada circularmente, várias coisas podem acontecer. Primeiro, o material pode passar de ter pontos nodais triplamente degenerados, que estão ligados a simetrias específicas, para ter nós de Weyl. Essa transição permite que o material entre em uma nova fase conhecida como fase semimetálica de Weyl. Nessa fase, o comportamento dos elétrons muda significativamente, resultando em propriedades eletrônicas e magnéticas únicas.

Características dos Semimetais de Weyl

Os semimetais de Weyl são caracterizados por seus pontos de Weyl, que apresentam propriedades diferentes de semicondutores tradicionais. Por exemplo, eles podem exibir fenômenos como efeitos de Hall quântico de meio inteiro e respostas altamente sensíveis a campos magnéticos. Isso torna os semimetais de Weyl candidatos empolgantes para tecnologias futuras, incluindo computação quântica e dispositivos eletrônicos avançados.

A Importância da Simetria

A simetria desempenha um papel crítico na determinação das propriedades eletrônicas dos semimetais topológicos. A presença de certas simetrias pode proteger os pontos nodais especiais, impedindo que eles se dividam sob pequenas perturbações. No entanto, quando essas simetrias são quebradas - digamos, usando luz polarizada circularmente - o material passa por mudanças significativas. A quebra de simetria pode resultar na formação de nós de Weyl, alterando assim como os elétrons se comportam e interagem dentro do material.

Experimentando com Tensão

Além de usar luz, os pesquisadores também exploram como aplicar tensão física aos materiais pode influenciar suas propriedades eletrônicas. Ao esticar ou comprimir um material, os cientistas podem manipular ainda mais sua estrutura eletrônica. Quando combinado com luz polarizada circularmente, os efeitos podem ser ainda mais pronunciados. Essa combinação permite um controle preciso sobre o número e as posições dos nós de Weyl e outras características importantes dentro do material.

Tecnologias Futuras

Os semimetais de Weyl e outros materiais topológicos têm o potencial de revolucionar vários campos. Sua condutividade única pode levar a dispositivos eletrônicos mais rápidos, sensores avançados e sistemas de energia mais eficientes. Eles também provavelmente desempenharão um papel vital no desenvolvimento da computação quântica, onde a manipulação de estados eletrônicos é essencial.

Conclusão

A interação entre luz polarizada circularmente, simetria e tensão em semimetais topológicos abre possibilidades empolgantes para a pesquisa científica e avanços tecnológicos. Esses materiais detêm a chave para entender comportamentos eletrônicos complexos e podem abrir caminho para aplicações inovadoras em eletrônica e computação quântica. À medida que a pesquisa continua nessa área, os insights adquiridos vão melhorar nossa compreensão da física fundamental e suas potenciais aplicações no mundo real.

Fonte original

Título: Controllable Weyl Nodes and Fermi Arcs from Floquet Engineering Triple Fermions

Resumo: Floquet engineering with periodic driving as a powerful tool for designing desirable topological states has been the subject of intense recent studies. Here, we present the application of Floquet engineering to investigate evolution of topological triple fermions under irradiation of circularly polarized light (CPL), a phenomenon that currently remains a mystery. By using first-principles calculations and Floquet theorem, we demonstrate that WC-type TiO and its analogues are promising candidates for Floquet engineering of triple fermions. The symmetry analysis reveals that the electric field of CPL can break the specific symmetries, such as the time-reversal symmetry and its combination of spatial symmetries, inducing a transition to a flexibly controllable Weyl semimetallic phase. The survived spatial symmetry, controlled by light, guarantees that the Weyl nodes are located along the high-symmetry line or in high-symmetry planes in momentum space. Our findings focusing on Floquet engineering in realistic materials featured by triple fermions would facilitate both theoretical and experimental interest.

Autores: Shengpu Huang, Fangyang Zhan, Xianyong Ding, Dong-Hui Xu, Da-Shuai Ma, Rui Wang

Última atualização: Sep 20, 2024

Idioma: English

Fonte URL: https://arxiv.org/abs/2408.05413

Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2408.05413

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

Obrigado ao arxiv pela utilização da sua interoperabilidade de acesso aberto.

Mais de autores

Artigos semelhantes