新材料能產生巨大的光電流！

由波士頓學院一組研究人員領導的一個國際研究小組2019年3月4日在《自然材料》上報告表示，最近發現的威爾半金屬是所有材料中，將光轉化為電的固有轉換量最大的。這一發現基於該材料的一個獨特方面，即電子可以通過其手性來分離。這一發現可能為光高效發電以及熱或化學感測提供一條新途徑。波士頓學院物理學副教授Kenneth Burch說：我們發現，Weyl半金屬砷化鉭具有巨大的體積光伏效應：一種內在的，或者說非線性光產生的電流比以往任何時候都要大十倍以上。

博科園-科學科普：此外這是在中紅外狀態，這意味著這種材料也可以用於化學或熱感測，以及餘熱回收。通常情況下，光通過在半導體中創造一個內置電場來轉換成電能。這是通過化學調製實現，並導致潛在效率的一個基本上限，即所謂的震蕩奎塞爾極限。

研究小組採用的另一種方法是利用材料中電子的旋向性，通過光波的非線性混合產生本質上的直流電。這種方法通常太小，用處不大。但研究人員最近意識到它與電子的拓撲性質密切相關。這促使人們預測，在威爾半金屬中，電子獨特的、類似手性的行為可能產生巨大非線性效應。

據波士頓學院、加州大學洛杉磯分校和瑞士洛桑聯邦理工學院的研究人員稱，Weyl半金屬砷化鉭具有巨大的體積光電效應——光產生的固有或非線性的電流比以往任何時候都要大十倍以上圖片：Kenneth Burch/Boston College

Burch與洛桑聯邦理工學院的Philip Moll以及加州大學洛杉磯分校的Ni Ni共同撰寫了這篇論文：致力於回答Weyl semmetals是否符合產生電流的巨大固有非線性響應的預測。研究小組對電子效應的強度感到驚訝，這是由一種新的製造方法引起。這種影響的程度遠遠超出了想像，來自麻省理工學院的前一組研究人員發現，反應主要是由熱能或外部條件決定，使用的聚焦離子束製造設備和對稱性使我們能夠發現室溫下巨大的體積光伏效應。研究小組正在努力確定這種效果的「最佳點」，具體來說就是理想的設備配置和光的波長。

新研究高效、快速地將光轉換為電對感測和清潔能源至關重要。體積光電效應(BPVE)是一種二階非線性光學效應，本質上是將光轉化為電流。在Weyl半金屬TaAs的微觀器件中一個大的中紅外BPVE。這一發現是結合了最近在Weyl半金屬，聚焦離子束製造和理論工作的發展，表明了BPVE和拓撲之間的聯繫。還提出了一個詳細的對稱分析，使我們能夠分離位移電流響應從光熱效應。給定位移電流的大小和波長範圍可能會影響光學探測器、清潔能源和拓撲結構，並證明Weyl半金屬在實際應用中的實用性。

博科園-科學科普｜研究/來自: 波士頓學院

參考期刊文獻:《Nature Materials》

DOI: 10.1038/s41563-019-0297-4

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