利用手性材料产生巨大的光电流

据波士顿学院、加州大学洛杉矶分校和洛桑经济技术学院的研究人员称，外尔（Weyl）半金属砷化钽材料具有巨大的光伏效应，即利用一种内在的或非线性的光产生电流，其电流比以往任何时候都要大10倍以上。

一个由波士顿大学研究小组领导的国际合作研究小组近期在《自然材料Nature Material》杂志上发表报告说，最近发现的外尔半金属能提供任何材料中最大的光电转换记录。

 

图片来源：波士顿学院

这一发现是基于材料的一个独特方面，即电子可以通过手性或类似于DNA的手性来分离。这一发现可能为有效地利用光发电以及热或化学传感提供了一条新的途径。 

波士顿学院物理副教授Kenneth Burch说：“我们发现，外尔半金属钽砷化物具有巨大的体积光伏效应，这是一种内在的或非线性的光产生的电流的效应，这一研究发现电流比以往任何时候都要大10倍多。”他是这篇文章的主要作者，论文的题目为“Colossal mid-infrared bulk photovoltaic effect in a type-I Weyl semimetal”。 

“此外，这一反应是在中红外状态下工作的，这意味着这种材料也可以用于化学或热传感，以及废热回收，”Burch补充说。 

Burch说，通常情况下，光通过在半导体中产生内置电场而转化为电能。“这是通过化学调制实现的，并导致潜在效率的基本上限，即shockley-queisser肖克利-奎伊瑟极限(Shockley-Queisser)。” 

Burch说，研究小组所采取的另一种方法是利用材料中电子的操控性，通过非线性光波混合，从本质上产生直流电。这种方法通常太小而不实用。但是研究人员最近发现它与电子的拓扑性质密切相关。这促使人们预测，外尔半金属中电子独特的类似DNA的行为可能会产生巨大的非线性效应。 

“我们的重点是回答外尔半金属是否符合产生电流的大型固有非线性响应的预测，” Burch说，他是该论文的作者之一，他与洛桑联邦理工学院的Philip Moll以及加州大学洛杉矶分校的Ni-Ni共同进行了这项研究。他补充说，研究小组对电子效应的严重性感到惊讶，这是由一种新的制造方法引起的。 

Burch说：“这种效应的规模比我们想象的要大得多。在之前，麻省理工学院的一个的研究小组也曾发现，但他们的反应主要是热反应，或者说是非本征反应，而我们使用聚焦离子束制造的设备和对称性使我们能够在室温下发现巨大的体积光伏效应。”Burch说，研究小组正在努力确定这种效应的“最佳点”，特别是理想的器件配置和光波长。 

原文来源：https://phys.org/news/2019-03-chirality-yields-colossal-photocurrent.html