基于Ⅱ型狄拉克精准调控的高性能太赫兹光电器件取得进展

       近日，中国科学院上海技术物理研究所研究人员与南京大学、复旦大学、东华大学、中国科学技术大学及上海科技大学的相关团队通力合作，提出了原子尺度上精细调控Ⅱ型狄拉克半金属的新方法，该研究成果以“Colossal Terahertz Photoresponse at Room Temperature: A Signature of Type-II Dirac Fermiology”（DOI：10.1021/acsnano.0c10304）为题发表在《美国化学学会-纳米》（ACS Nano）杂志。

　　纵观历史发展规律，每一次技术时代的变革都离不开制造技术的创新。工业生产过程中的核心是制造，当半导体工艺制造加工从微米、纳米向着当前最具代表性的原子尺度迈进时，制造技术将可能直面以量子行为主导的变革性路线—原子制造。随着半导体技术和工艺的发展，人们对光电探测器也提出了更高的要求，尤其是处于光子学和电子学过渡区域的太赫兹辐射探测，如引力波探测、大气演化、军事雷达等等，引起了极大关注。近年来，狄拉克（Dirac）半金属材料的发现激发了人们寻找奇异量子行为的潜在用途，例如非线性霍尔效应、非线性光学等，狄拉克点处的费米子拥有有效质量为零、良好导电性和运动受拓扑学保护等特点，这为操纵与非平凡带拓扑相关的光电器件的性能带来了希望。

　　在这项工作中，研究团队通过室温下的光电表征与电子结构表征，发现第二类狄拉克费米子太赫兹异常增强现象。通过Pt原子的引入来构筑狄拉克锥的对称性，可以推导出狄拉克点几乎完全位于费米能级的情况下，如图1所示，具有极大的室温光导增强，有望实现器件性能的大幅提升。实验结果与应用于拓扑材料的最可靠的方法角分辨光电子能谱（ARPES）高度一致，并且狄拉克半金属范德华异质结具有较好的抑制热搅动噪声和快速响应、低功耗的性能，表明在原子层面构筑新材料、新器件的新途径。本工作为探索拓扑半金属开辟了一条新途径，并为低能量长波探测技术在成像、生物医学传感和下一代通信领域的定向应用开辟了可行性。

　　王林研究员、陈刚研究员、陈效双研究员和宋凤麒教授为文章共同通讯作者，博士研究生徐煌、费付聪和陈支庆子为文章的共同第一作者。