在电荷密度波材料中,电⼦密度的重新调制以及伴随的晶格畸变往往会破坏材料原本的对称性,进⽽导致多种⾃由度的对称性破缺以及演⽣相的产⽣。获得⼴泛研究的电荷密度波材料1T-TiSe2,在⽆⼿性晶格中表现出螺旋电⼦序,为⼈们在凝聚态中研究⼿性这⼀⾃然界常⻅的对称性破缺提供了独特的研究平台。然⽽,前期研究对形成⼿性电荷密度波的微观机制仍未有定论。
最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中⼼表⾯物理国家重点实验室SF10组博⼠⽣聂正蔚、陈⼤强在王亚娴副研究员、孟胜研究员的指导下,利⽤组内开发的⾮绝热含时密度泛函分⼦动⼒学⽅法和软件(TDAP),研究了1T-TiSe2中光诱导的亚稳态电荷密度波相变机制(图1),揭示了光与材料之间的⼿性传递⾏为。
研究表明,晶格沿布⾥渊区边界M点的光学声⼦畸变模式构成了1T-TiSe2的亚稳相,这三⽀等效的向列相叠加态构成了多被观测的能量最低模式(triple-q mode)。然⽽,线偏光可以打破三⽀声⼦的对称性,诱导出单⼀M点声⼦模式主导的single-q模式(图2)。进⼀步地,利⽤single-q模式层之间的堆垛,作者提出了⼿性电荷密度波的模型结构。这种结构可以利⽤圆偏振光激发并稳定(图3)。
最后,作者强调了⼿性在“光-电⼦-晶格”⾃由度之间的转移和调控机制,并给出了可实验观测的判据(图4),希望启发未来的⼿性相变实验探索。
相关成果以“Unraveling Hidden Charge Density Wave Phases in 1T-TiSe2”为题发表在Phys. Rev. Lett. 131, 196401 (2023)。该研究得到了科技部重点研发计划、国家⾃然科学基⾦委项⽬、中国科学院的资助。