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上海技物所在拓扑半金属太赫兹光电研究中取得重要进展
发布时间:2019-12-24 10:50:57 阅读:182

来源:美克锐科技公众号  作者:徐煌/上海技物所

    近日,中国科学院上海技术物理研究所陈效双、陆卫课题组成员王林、陈刚等人基于新型拓扑狄拉克半金属碲化铂(PtTe2)材料实现可在太赫兹(THz)范围内工作的室温平面成像光电探测器。此研究成果对拓扑半金属材料PtTe2在THz探测领域进行了揭露,促进拓扑半金属体系在太赫兹探测领域的发展。相关成果以“PtTe2-Based Type-II Dirac Semimetal and Its vdW Heterostructurefor Sensitive Room Temperature Terahertz Photodetection”为题发表于Small(DOI: 10.1002/smll.201903362)期刊上。

    太赫兹频段是介于电子和光子学之间的最不发达的频段之一,而太赫兹频率可广泛应用于药物检测、安全监测等众多领域,因此开发太赫兹频段的探测器具有重要研究意义。二维过渡金属硫属化合物(TMDCs)如PdTe2、PtTe2和PtSe2最近被发现作为拓扑半金属具有特殊的带结构,如ii型狄拉克锥。在没有洛伦兹不变性的情况下,当时间反转或反转对称性被破坏时,也可以实现ii型外尔费米子,并表现出手性异常、反常热电效应或量子化光电效应等与手性有关的奇异的输运现象。鉴于以上基础,中国科学院上海技术物理研究所研究人员利用碲化铂材料的二维薄片,将具有亚波长间隙的蝶形天线电极与材料接触形成沟道,增强探测器对太赫兹波毫米波的吸收。利用这种简单的结构,当THz波与倾斜的能带耦合时,非平衡载流子的扩散可以产生自供电的光电流,并且在小偏置的情况下,使响应率提高几个数量级。获得的PtTe2探测器具有快速的响应时间及高响应率性能,成功地实现对隐蔽金属的二维透射成像,表明探测器达到商用的灵敏度要求。

图1 PtTe2材料探测器

    这项工作的亮点在于发掘了新型材料PdTe2及其异质结构在室温太赫兹探测领域的应用,在零偏置电压下,探测器在0.12THz时的响应率可达1.6 A•W-1以上,远远高于石墨烯基太赫兹探测器。该探测器具有结构简单,响应率高,二维成像质量高等优点,意味着拓扑狄拉克半金属材料在太赫兹领域具有重大的探测潜力。

    课题组在理论研究基础上,试制了探测器样件,该工作也同时得到美克锐公司的相关技术支持,为试制探测器的响应率测试和成像应用测试提供了固态源放大倍频的支持。

图2 固态放大倍频源80-120GHz

图3 太赫兹成像

 
 

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