原子尺度上精細調控Ⅱ型狄拉克半金屬的新方法

近日，中國科學院上海技術物理研究所科研人員與南京大學、復旦大學、東華大學、中國科學技術大學及上海科技大學的相關團隊合作，提出了原子尺度上精細調控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《美國化學學會-納米》上。

工業(yè)生產(chǎn)過程中的核心是制造，當半導體工藝制造加工從微米、納米向著當前最具代表性的原子尺度邁進時，制造技術將可能直面以量子行為主導的變革性路線—原子制造。隨著半導體技術和工藝的發(fā)展，人們對光電探測器提出了更高要求，尤其是處于光子學和電子學過渡區(qū)域的太赫茲輻射探測，如引力波探測、大氣演化、軍事雷達等，引起了極大關注。近年來，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、非線性光學等，狄拉克點處的費米子擁有有效質量為零、良好導電性和運動受拓撲學保護等特點，這為操縱與非平凡帶拓撲相關的光電器件的性能帶來了希望。

該研究中，科研人員通過室溫下的光電表征與電子結構表征，發(fā)現(xiàn)第二類狄拉克費米子太赫茲異常增強現(xiàn)象。通過Pt原子的引入來構筑狄拉克錐的對稱性，可推導出狄拉克點幾乎完全位于費米能級的情況下，如圖1所示，具有極大的室溫光導增強，有望實現(xiàn)器件性能的大幅提升。實驗結果與應用于拓撲材料的最可靠方法角分辨光電子能譜（ARPES）高度一致，并且狄拉克半金屬范德華異質結具有較好的抑制熱攪動噪聲和快速響應、低功耗的性能，表明在原子層面構筑新材料、新器件的新途徑。該研究為探索拓撲半金屬開辟了新途徑，并為低能量長波探測技術在成像、生物醫(yī)學傳感和下一代通信領域的定向應用探索了可行性。

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、南京大學副研究員費付聰為論文共同第一作者。

責任編輯：lq