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图2. a. Td-WTe2的原子结构示意图; b. 费米面附近的能带结构 。 c. 沿着布里渊区高对称线分布的能带结构及原子轨道的相对贡献 。 箭头①及②分别代表靠近或远离Weyl点的激发; d. 沿着Γ-X方向能带结构的放大 。
研究表明 ， 在Weyl点附近存在由原子轨道对称性及跃迁选择定则所决定的载流子的选择性激发 ， 与通常手性激发的自旋选择定则大为不同的是 ， 其激发路径可以通过改变线偏振光的极化方向及光子能量加以控制(图2) 。
载流子的不对称激发将在实空间诱导出不同方向的光电流 ， 从而影响体系的层间滑移的方向和对称性特征 。 由于WTe2的拓扑性质 ， 例如Weyl点的数目及其在动量空间中的分离程度等 ， 高度依赖于体系的对称性(图3) ， 载流子的不对称激发将带来Weyl准粒子在动量空间的不同变化行为 ， 以及体系拓扑性质的相应改变 。 因此 ， 本工作同时为光致拓扑相变提供了清晰的相图（图4） 。
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图3. a-b, 线偏振光极化方向沿着晶体a轴及b轴的层间相对运动;插图为相应的运动模式 。 c. 理论模拟与实验观测的比较 。 d-e. 体系的对称性演化及 kz=0 平面内两个最邻近Weyl点的位置、数目及分离程度 。
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图4. Td-WTe2中光致拓扑相变对线偏振光光子能量（?ω）及极化方向（θ）的依赖相图 。
本研究工作揭示了Weyl点附近的载流子激发不但要关注其手性 ， 还要仔细分析其附近的波函数原子轨道特性 。 两者的效应类似但机制差别明显 ， 为深入理解Weyl点的奇异性提供了理论依据 。 此外 ， 该工作所采用的计算方法能够在超快的时间尺度内深入理解原子、电子层次上复杂的相互作用及动力学行为 ， 揭示其微观物理机制 ， 有望成为未来研究拓扑材料中非线性光学现象的有利工具 。
相关成果近日发表在《自然通讯》(Nature Communications 12, 1885 (2021)) 上 。 该工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委和中国科学院战略性先导专项(B类)的资助 。 作者感谢与伦斯勒理工学院张绳百教授的有益讨论 。
http://www.iop.cas.cn/xwzx/kydt/202109/P020210902584524722434.pdf
【科学|进展 | 激光调控外尔准粒子的超快运动】编辑：蕉
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