Organigramme de l'approche rt-TDDFT pour l'évolution des systèmes électroniques et ioniques couplés. Ici, nous supposons que les deux sous-systèmes ont le même pas de temps d'évolution. Crédit :Science ultrarapide
Une équipe de chercheurs de Pékin dirigée par le professeur Dr. Sheng Meng a réussi à développer des approches prédictives de premiers principes pour étudier des processus ultrarapides précis dans la matière. La méthode, nommée TDAP (propagation ab initio dépendante du temps), vise à fournir des simulations dynamiques robustes de phénomènes hautement non linéaires induits par la lumière qui se situent au niveau atomique et moléculaire et se produisent en quelques femtosecondes (10 -15 sec) ou même des attosecondes (10 -18 seconde). Selon les chercheurs, les interactions fondamentales entre différents degrés de liberté peuvent désormais être comprises plus précisément, uniquement sur la base des principes de la mécanique quantique. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue Ultrafast Science et devraient favoriser une variété de développements ultérieurs dans des domaines scientifiques connexes.
L'équipe a passé une décennie à travailler sur l'extension des méthodes théoriques des premiers principes à la modélisation des réponses dynamiques des matériaux quantiques aux champs externes (par exemple, les champs électriques, magnétiques et laser), qui sont d'un grand intérêt ces jours-ci, mais les informations détaillées restent plutôt limitées. . La génération et la synthèse d'impulsions lumineuses ultracourtes intenses avec un champ électrique contrôlé et des phases associées offrent une voie prometteuse pour découpler et manipuler dynamiquement les interactions microscopiques avec une résolution temporelle sans précédent. Par conséquent, les phénomènes de non-équilibre induits par laser ont attiré l'attention d'un large éventail de domaines scientifiques.
Le traitement théorique des phénomènes non adiabatiques dépendant du temps induits par laser est un formidable défi à plusieurs niveaux, allant de la description des états excités à la propagation temporelle des propriétés physiques correspondantes. Dans TDAP, l'évolution quantique dans le domaine temporel des états électroniques avec les approximations classiques des mouvements nucléaires est traitée simultanément, ce qui a permis un suivi en temps réel de la dynamique couplée électron-nucléaire sans avoir à recourir à la théorie des perturbations. L'utilisation de l'orbite atomique numérique a fourni la flexibilité et la crédibilité nécessaires pour effectuer des simulations à grande échelle et de haute précision dans une large gamme de systèmes quantiques avec un coût de calcul modéré.
La méthode a été appliquée à l'exploration de la physique des champs forts et au décodage de vastes informations sous les signaux détectés expérimentalement. En comparant les résultats théoriques et expérimentaux, les approches ont été démontrées efficaces et efficientes dans le traitement des processus dynamiques quantiques ultrarapides impliquant des interactions complexes entre photons, électrons et phonons dans des conditions d'excitation laser. Le développement de cette méthode permet de comprendre la dynamique des états excités dans les domaines de la photocatalyse, de la conception de dispositifs photovoltaïques et optoélectroniques, de la synthèse et des applications d'impulsions attosecondes, etc. + Explorer plus loin
