【文献精选】Wang Jigang/Li Qiang最新Nature Materials！

▲第一作者：Liang Luo

通讯作者：Qiang Li & Jigang Wang

通讯单位：Brookhaven National Laboratory & Stony Brook University，Iowa State University and Ames Laboratory

DOI：10.1038/s41563-020-00882-4

背景介绍

受拓扑态保护的无耗散电流有望用于容错电子和量子计算。人们对狄拉克（Dirac）和Weyl材料的广泛研究已经确定了半金属中存在受拓扑保护的电子输运行为。然而目前为止，人们仍然缺乏光诱导狄拉克到Weyl拓扑相变的证明。对于中心对称的狄拉克材料，存在以下挑战：由于非线性系数η_i,j,k是一个三阶张量且对反演对称的狄拉克材料存在消散成分，因此不可能通过二阶耦合η_i,j,kE_jE*_k的脉冲光场E（t）来产生光电流（E（E*）和t是电场矢量（复共轭）和时间，而i，j和k表示场的笛卡尔坐标）。

类似于通过光波驱动的Floquet工程，理论上证实通过打破时间反演对称性、在光脉冲过程中可存在稳定的Floquet-Weyl半金属，此处可以通过光诱导具有破缺反演对称（IS）的相干声子振荡来动态生成首选的破缺方向。然而，目前在拓扑结构中尚不存在这种可以通过光动态产生Weyl点（WP）并通过手性费米子保护实现无耗散电流的声子驱动IS破缺原理。

本文亮点

1、作者在中心对称的狄拉克材料中实验发现并揭示了光诱导相干声子动力学驱动的反演对称破坏和Weyl点WPs形成的拓扑控制原理即IS破缺原理。

2、在ZrTe₅的相干驱动下，作者发现了Berry曲率对鲁棒的光电流和电荷传输的主要贡献，包括圆形光电流效应和具有明显温度依赖性的强无耗散光电流。

3、本研究为WPs的相干操纵和强大的量子传输开创了先河，而无需施加静电场或磁场。

图文解析

▲图1.  光诱导IS声子破缺产生的强各向异性位移电流

要点：

1、作者在中心对称的狄拉克材料ZrTe₅中由激光诱导破缺反演对称性的相干声子驱动产生了具有消失散射的强各向异性太赫兹THz非线性电流。

2、作者表明，这种声子THz对称性转换会导致Weyl点的形成，其手征性将通过圆形光电效应在与旋度相关的正交于动态反演对称破缺轴的横向电流中体现。

▲图2. 光电流的螺旋度依赖及温度依赖性

▲图3. 具有消失散射的拓扑光电流的相干传输

要点：

1、具有温度依赖的拓扑光电流具有几个独特的特征：Berry曲率优势、圆锥点附近的粒子-孔反转和可导致~10μm超长弹道传输长度的手性保护。

2、这种THz声子对称开关还可扩展用于探索周期性驱动的手性相变和各种量子材料中的相干控制。

▲图4. 通过激发相干B1u模式模拟光致WPs

要点：

1、实验结果与第一原理计算表明，由反演对称破缺的B1u声子动态地创建了两对WPs。

2、作者认为本文还值得进一步研究，以通过直接电子结构探针和声子振荡周期内的量子动力学模拟来解析光诱导的Weyl半金属和相应的表面费米弧。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41563-020-00882-4

作者简介

Jigang Wang

Jigang Wang，美国能源部材料科学与工程部Ames实验室高级研究员，美国能源部Ames实验室Light-Matter Quantum Control小组负责人。
研究方向：1. 量子系统驱动和相干控制2. emergent matter光谱学3. 基础光伏物理学4. 超快速纳米成像/光谱5. 量子飞秒磁6. 非线性光学和量子光学
主页：https://faculty.sites.iastate.edu/jgwang/

Qiang Li 

Qiang Li，本科毕业于中国科学技术大学（1986），博士毕业于爱荷华州立大学（1991），现为布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，简称BNL）先进能源材料小组负责人。

研究兴趣：

1. 量子材料构效关系，如拓扑材料，相关电子材料，超导体和热电材料

2. 通过MBE、PLD和CVD进行单晶生长、薄膜生长

3. 基于同步加速器的晶体结构，电子性质和缺陷表征

4. 电子和热传递性质，热力学性质和磁性质表征

5. 纳米结构的制备与表征等

主页：

https://www.bnl.gov/cmpmsd/aem/people/profiles/liQiang.php

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