山东大学张怀金Adv. Mater.:宽波段光敏外尔半金属单晶—TaAs


引言

可以将光信号转化为电信号的光探测器,在100多年前就吸引了相关领域科研工作者的兴趣。具有宽带光响应的光探测器的光响应范围,可从紫外光到可见光,再到近红外,甚至太赫兹,在很多领域都有应用,比如成像、检测、光通信、可穿戴设备和光电记忆等。根据光电探测理论,当入射光的能量大于半导体的带隙时,电子可从价带激发到导带,从而实现光响应。目前基于窄带隙半导体的光探测器已经有很多,可用来探测宽带光,比如中红外光子。然而,对于带宽小于中红外光子的半导体,室温下的载热会产生大量暗电流,远大于光产生的电流,因而限制了这类光检测器的应用。

成果简介

近日,山东大学张怀金教授(通讯作者)报导了一种外尔半金属TaAs。这种光探测器可在室温下实现宽波段的光响应,从可见光区域到长红外区域。这个工作也说明外尔半金属TaAs可促进现代光电设备的发展。该成果以题为"A Wide-Range Photosensitive Weyl Semimetal Single Crystal—TaAs"发表在Adv. Mater.上。

【图文导读】

1.外尔半金属TaAs的表征

(a).TaAs的光吸收图和电流-电压曲线

(b).图示实验装置

(c).在不同光照位置,TaAs的光电流随时间的变化

(d).和银电极相连时,不同光照位置,TaAs的光电流随时间的变化

2.TaAs在连续波长激光激发下的光响应

(a).TaAs在438.5 nm,2.82μm和10.29μm波长激发下,电流随时间的变化。

(b).在438.5nm波长下,电流随入射功率的变化

(c).在0.5mW光源下,光子能量与光电流的关系

3.TaAs在脉冲激光激发下的光响应

(a).TaAs在3.02 μm,6.6μm,7.8μm和9.54μm波长激发下,电流随时间的变化。

(b).在3.02 μm和6.6μm波长下,电流随入射功率的变化

(c).在0.5mW光源下,光子能量与光电流的关系

4.TaAsRλD随光子能量的变化

(a).在连续波长激光激发下,Rλ和D随光子能量的变化。

(b).在脉冲激光激发下,Rλ和D随光子能量的变化。

5.不同材料的光响应波长和温度范围

【小结】

在这个工作中,作者通过一系列的实验证明了外尔半金属TaAs在室温下具有超宽波长的光响应。和窄带隙半导体相比,TaAs具有更广的探测范围和工作温度。文章解释了TaAs的工作原理,同时认为TaAs的光响应性能可以通过器件的设计和优化来提高。此工作是目前首例将TaAs单晶用于常温宽波长光响应,并为外尔半金属在光探测中的应用提供了新的契机。

A Wide-Range Photosensitive Weyl Semimetal Single Crystal—TaAs

(Adv. Mater., 2018, DOI: 10. 1002/adma.201801372)

本文由材料人学术组gaxy供稿,欧洲足球赛事 整理编辑。

欢迎大家到材料人宣传滚球体育 成果并对文献进行深入解读,投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及内容合作可加编辑微信:cailiaokefu。

分享到