原子尺度上精細(xì)調(diào)控Ⅱ型狄拉克半金屬的新方法

近日，中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所科研人員與南京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、東華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)及上海科技大學(xué)的相關(guān)團(tuán)隊(duì)合作，提出了原子尺度上精細(xì)調(diào)控Ⅱ型狄拉克半金屬的新方法，該研究成果以Colossal Terahertz Photoresponse at Room Temperature: A Signature of Type-II Dirac Fermiology為題，發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)-納米》上。

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的核心是制造，當(dāng)半導(dǎo)體工藝制造加工從微米、納米向著當(dāng)前最具代表性的原子尺度邁進(jìn)時(shí)，制造技術(shù)將可能直面以量子行為主導(dǎo)的變革性路線—原子制造。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和工藝的發(fā)展，人們對(duì)光電探測(cè)器提出了更高要求，尤其是處于光子學(xué)和電子學(xué)過(guò)渡區(qū)域的太赫茲輻射探測(cè)，如引力波探測(cè)、大氣演化、軍事雷達(dá)等，引起了極大關(guān)注。近年來(lái)，狄拉克（Dirac）半金屬材料的發(fā)現(xiàn)激發(fā)了人們尋找奇異量子行為的潛在用途，如非線性霍爾效應(yīng)、非線性光學(xué)等，狄拉克點(diǎn)處的費(fèi)米子擁有有效質(zhì)量為零、良好導(dǎo)電性和運(yùn)動(dòng)受拓?fù)鋵W(xué)保護(hù)等特點(diǎn)，這為操縱與非平凡帶拓?fù)湎嚓P(guān)的光電器件的性能帶來(lái)了希望。

該研究中，科研人員通過(guò)室溫下的光電表征與電子結(jié)構(gòu)表征，發(fā)現(xiàn)第二類(lèi)狄拉克費(fèi)米子太赫茲異常增強(qiáng)現(xiàn)象。通過(guò)Pt原子的引入來(lái)構(gòu)筑狄拉克錐的對(duì)稱(chēng)性，可推導(dǎo)出狄拉克點(diǎn)幾乎完全位于費(fèi)米能級(jí)的情況下，如圖1所示，具有極大的室溫光導(dǎo)增強(qiáng)，有望實(shí)現(xiàn)器件性能的大幅提升。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與應(yīng)用于拓?fù)洳牧系淖羁煽糠椒ń欠直婀怆娮幽茏V（ARPES）高度一致，并且狄拉克半金屬范德華異質(zhì)結(jié)具有較好的抑制熱攪動(dòng)噪聲和快速響應(yīng)、低功耗的性能，表明在原子層面構(gòu)筑新材料、新器件的新途徑。該研究為探索拓?fù)浒虢饘匍_(kāi)辟了新途徑，并為低能量長(zhǎng)波探測(cè)技術(shù)在成像、生物醫(yī)學(xué)傳感和下一代通信領(lǐng)域的定向應(yīng)用探索了可行性。

圖1 材料能帶變化及器件原理和性能

上海技物所研究員王林、陳剛、陳效雙和南京大學(xué)教授宋鳳麒為論文共同通訊作者，上海技物所博士研究生徐煌、陳支慶子、南京大學(xué)副研究員費(fèi)付聰為論文共同第一作者。

責(zé)任編輯：lq