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[논문성과-FA & CA 신동빈 교수] 테라헤르츠파에의한 HgTe의 위상 상전이 메커니즘 규명 (Physical Review Letters 논문게제, Editors’ Suggestion)

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테라헤르츠파에 의해 야기된 Weyl points

빛과 물질 간 상호작용은 양자 고체에서 평형을 벗어난 상태를 일으킬 수 있습니다. 특히 nonlinear phononics는 평형 상태가 아닌 상태에서 준안정 상태를 실현하는 가장 효과적인 접근 방법 중 하나입니다. 본 연구에서는 확장된 제일원리 분자동역학 방법을 통해 HgTe 화합물 계열의 물질에서 빛에 의해 야기되는 준안정 구조를 예측했습니다. 우리는 IR-active 모드의 excitation이 원자 구조의 변형을 수 피코초로 유지하는 것을 보였습니다. 이러한 준안정된 변형 구조에서 페르미 에너지 수준에서 네 개의 Weyl 포인트가 형성되어, 이상적인 준안정된 Weyl 반금속이 됨을 확인 하였습니다. 우리는 준안정된 상태가 페르미 아크 표면 상태의 ARPES 측정 또는 비선형 홀 효과의 ultrafast pump&prove 측정을 통해 확인될 수 있다고 제안하였습니다. 본 연구는 Physical Review Letters에 2024년 1월 3일 게재되었고, Editors’ Suggestion에 선정 되었습니다.

Interactions between light and matter allow the realization of out-of-equilibrium states in quantum solids. In particular, nonlinear phononics is one of the most efficient approaches to realizing the stationary electronic state in nonequilibrium. Herein, by an extendedabinitiomolecular dynamics method, we identify that long-lived light-driven quasistationary geometry could stabilize the topological nature in the material family of HgTe compounds. We show that coherent excitation of the infrared-active phonon mode results in a distortion of the atomic geometry with a lifetime of several picoseconds. We show that four Weyl points are located exactly at the Fermi level in this nonequilibrium geometry, making it an ideal long-lived metastable Weyl semimetal. We propose that such a metastable topological phase can be identified by photoelectron spectroscopy of the Fermi arc surface states or ultrafast pump-probe transport measurements of the nonlinear Hall effect.

Authors: Dongbin Shin(FA and CA), Angel Rubio(CA), Peizhe Tang(CA)

Publication Date: 3 Jan 2024

Journal Link(DOI): doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.016603