《天然·资料》封面文章报导量子资料科学中心孙
来源:青春有你网 发表于2019-07-12 15:38:31 编辑:李安
摘要: 近来,北京大学物理学院量子资料中心的研讨团队对根据外尔半金属TaIrTe4的原型器材的拓扑特性的光电勘探功能的研讨作用以Nonlinear photoresponse of type-II

近来,北京大学物理学院量子资料中心的研讨团队对根据外尔半金属TaIrTe4的原型器材的拓扑特性的光电勘探功能的研讨作用以“Nonlinear photoresponse of type-II Weyl semimetals”为题宣布在《天然·资料》(Nature Materials)上,并被选作当期的封面文章。该作业探求了外尔半金属拓扑特性对其非线性光学效应的影响,并经过引进拓扑效应完成了根据半金属的光电勘探器的呼应度在中红外波段的巨大进步。这一作业是孙栋课题组近年来在根据拓扑半金属光电勘探范畴一系列研讨作用的典型代表。

《天然·资料》杂志该期封面

 

《天然·资料》封面文章报导量子资料科学中心孙栋课题组及合作者拓扑光电勘探方面的研究成果

 

《天然·资料》封面文章报导量子资料科学中心孙栋课题组及合作者拓扑光电勘探方面的研究成果

 

《天然·资料》封面文章报导量子资料科学中心孙栋课题组及合作者拓扑光电勘探方面的研究成果

光电勘探器在现代军用和民用各范畴具有广泛的运用,受光电勘探器资料带隙约束,传统的半导体资料的光电勘探才能往往只能掩盖必定波长区域。在一些特别波段,尤其是在中长波波段,一向存在许多技能瓶颈。从2009年榜首个石墨烯光电勘探器开端,曩昔十年里,研讨者们对根据半金属的光电勘探器展开了广泛研讨。因为这类资料的许多要害功能颇具优势,比如宽波段乃至全波段的勘探,尤其是在室温下的中远红外波段勘探方面有着杰出的远景;呼应时刻也可以降低到皮秒量级,适用于太赫兹频率的超快光通讯和光互连场合。另一方面,半金属无带隙,较大的暗电流不利于施加大的偏压,显着限制了其呼应度的进步。以往各种特别的结构设计,尽管可以进步勘探器的呼应度,可是却不能一起统筹宽波段呼应和超快呼应速度,然后丧失了半金属勘探器的一起优势;而在统筹半金属勘探器的宽光谱和超快呼应的条件之下,将灵敏度进步到实用化水平,在曩昔是无法完成的。

针对以上问题,孙栋课题组在长时刻的石墨烯光电勘探器的研讨根底之上,在国际上首先引进拓扑半金属资料进行光电勘探,对根据拓扑半金属的光电勘探器展开了很多的研讨并取得了一系列作用。该课题组运用三维狄拉克半金属Cd3As2进行的光电勘探(Nano Letters 17, 834,2019)是国际上最早运用拓扑半金属进行光电勘探的作业。比较于二维资料石墨烯的光电勘探功能,一方面,Cd3As2光电勘探器坚持了从可见光到中红外的宽波段呼应和皮秒量级的超快呼应速度;另一方面,因为三维资料Cd3As2与光的相互作用更强,其呼应度也取得了一个量级的进步。随后,课题组又进一步引进外尔半金属:MoTe2(Advanced Materials 30, 1707152,2019)和TaIrTe4(ACS Nano 12,4055,2019)进行光电勘探,并展现了相关的原型器材。尽管这些开始的作业进步了半金属勘探器的部分功能,可是半金属光电勘探在勘探率方面的瓶颈并未真实打破。

 

《天然·资料》封面文章报导量子资料科学中心孙栋课题组及合作者拓扑光电勘探方面的研究成果

在这篇宣布在《天然·资料》上的作业中,孙栋课题组和同在量子资料科学中心的冯济课题组(理论核算)、陈剑豪课题组(器材加工),以及南洋理工大学的刘政课题组(资料成长)密切合作,使用拓扑外尔半金属内涵的拓扑性质,大幅度进步了勘探器在中红外波段的呼应度,然后在原理上处理了半金属勘探器的呼应度方面的长时间技能瓶颈问题。该作业首要使用的拓扑效应是外尔半金属的外尔点邻近具有发散的贝里曲率,使得跟贝里场相关的位移电流呼应在外尔点邻近遭到显着的增强;而能量越低的光子形成的跃迁会越挨近外尔点,遭到增强的作用也就越显着。孙栋课题组和合作者将该拓扑效应与光勘探功能相结合,得以使根据拓扑半金属的原型光电勘探器的呼应度在中红外波段得到三个量级的增强,然后打破了曩昔半金属光电勘探的首要技能瓶颈,使得拓扑半金属在中远红外光电勘探范畴具有杰出的运用远景(Nature Materials18,476,2019)。尽管未来还有一系列详细的技能问题有待处理,使用拓扑效应取得的呼应度的大幅进步使得光电勘探成为目前为止拓扑资料最挨近实践运用的场合。

该作业遭到国家天然科学基金(Nos. 91750109, 11725415, 11674013, 11774010, 11704012, 11374021)等项目的支撑。孙栋课题组的博士研讨生马骏超为论文的榜首作者,孙栋、冯济和陈剑豪为该作业的一起通讯作者。

 

《天然·资料》封面文章报导量子资料科学中心孙栋课题组及合作者拓扑光电勘探方面的研究成果

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