利用雙圓偏振光實現從外爾半金屬到紐結半金屬的相變

核心概念

本文研究了非厄米三重外爾半金屬在雙圓偏振光驅動下的費米面拓撲結構，發現雙圓偏振光可以打破空間反演對稱性，並導致能帶反轉，從而產生新的拓撲相，例如雙節環和紐結半金屬。

摘要

Chowdhury, D. (2024). Phase transition from Weyl to knotted semimetal using bi-circular laser. arXiv:2411.12496v1 [cond-mat.mes-hall].

本研究旨在探討非厄米三重外爾半金屬在雙圓偏振光驅動下的費米面拓撲結構變化。

從以下內容提煉的關鍵洞見

Phase transition from Weyl to knotted semimetal using bi-circular laser

by Debashree Ch... 於 arxiv.org 11-20-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.12496.pdf

深入探究

如何利用實驗手段驗證雙圓偏振光誘導的拓撲相變？

驗證雙圓偏振光誘導的拓撲相變，可以從材料的能帶結構、貝里曲率、以及輸運性質等方面入手。以下是一些常用的實驗手段：

角分辨光電子能譜（ARPES）: ARPES 可以直接測量材料的能帶結構，通過觀察費米面拓撲結構的變化，例如從點狀的 Weyl 點到環狀的 nodal ring 或更複雜的 knotted 結構，可以判斷拓撲相變的發生。
磁輸運測量: 拓撲材料的輸運性質與其拓撲性質密切相關。例如，Weyl 半金屬具有非零的異常霍爾電導率，而通過雙圓偏振光誘導拓撲相變後，異常霍爾電導率會發生變化，可以通過實驗測量來驗證。
圓二色性測量: 雙圓偏振光誘導的拓撲相變往往伴隨著材料光學性質的變化。通過測量材料對左旋和右旋圓偏振光的吸收差異，即圓二色性，可以探測拓撲相變的發生。
非線性光學響應: 拓撲材料的非線性光學響應對其拓撲性質非常敏感。例如，可以通過測量材料的二次諧波產生（SHG）或三次諧波產生（THG）來探測拓撲相變。

需要注意的是，具體的實驗手段需要根據材料的特性和實驗條件來選擇。

是否存在其他類型的光場可以誘導出更豐富的拓撲相？

是的，除了雙圓偏振光，其他類型的光場也可以誘導出豐富的拓撲相。例如：

線偏振光: 線偏振光可以打破時間反演對稱性，從而誘导出 Floquet 拓撲絕緣體等新奇的拓撲相。
橢圓偏振光: 橢圓偏振光可以看作是線偏振光和圓偏振光的疊加，因此可以同時打破時間反演對稱性和空間反演對稱性，從而誘导出更加豐富的拓撲相。
空間周期性光場: 利用空間周期性光場，可以構建出光晶格，從而模擬凝聚態物理中的各種晶格結構，並誘导出與之對應的拓撲相。

總之，通過設計不同的光場，可以灵活地操控材料的對稱性和電子結構，從而誘导出各種新奇的拓撲相。

這些新型拓撲材料在量子計算和信息處理方面有哪些潛在應用？

新型拓撲材料，例如 Weyl 半金屬、nodal line 半金屬以及 knotted 半金屬等，由於其獨特的能帶結構和拓撲性質，在量子計算和信息處理方面具有巨大的潛在應用價值：

拓撲量子計算: 拓撲材料中的某些拓撲激發態，例如 Majorana 費米子，具有非阿貝爾統計特性，可以用来构建拓撲量子比特，实现容错性更高的拓撲量子計算。
低功耗電子器件: 拓撲材料中的表面態具有無耗散傳輸的特性，可以用来构建低功耗的電子器件，例如拓撲場效應晶體管等。
自旋電子學: 拓撲材料中的自旋-軌道耦合效應非常顯著，可以用来操控電子的自旋自由度，从而实现新型的自旋電子學器件，例如自旋過濾器、自旋場效應晶體管等。
量子信息存储: 拓撲材料中的拓撲缺陷，例如疇壁、渦旋等，可以用来存储量子信息，实现高密度、高保真度的量子信息存储。

目前，這些應用還處於研究的初期階段，但隨著對新型拓撲材料的深入研究和材料製備技術的進步，相信這些應用在未來會取得突破性的進展。