波士頓學(xué)院的一組研究人員發(fā)現(xiàn)，光電流沿著Weyl半金屬的一個(gè)晶體軸流入（用藍(lán)色表示），并沿著垂直軸流出（用黃色/橙色表示），這里表示為團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的一種新技術(shù)使用量子磁場(chǎng)傳感器來(lái)可視化電流。來(lái)源：波士頓學(xué)院周實(shí)驗(yàn)室

量子傳感器可用于揭示W(wǎng)eyl半金屬中將光轉(zhuǎn)化為電能的令人驚訝的新機(jī)制，波士頓學(xué)院（BC）物理學(xué)助理教授Brian Zhou及其同事在《自然物理學(xué)》雜志上報(bào)道。

許多現(xiàn)代技術(shù)，如相機(jī)、光纖網(wǎng)絡(luò)和太陽(yáng)能電池，都依賴(lài)于將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。但是對(duì)于大多數(shù)材料，將光照射到它們的表面上不會(huì)產(chǎn)生任何電力，因?yàn)殡娏鳑](méi)有方向。外爾半金屬中電子的獨(dú)特性質(zhì)使其成為試圖克服這些限制并開(kāi)發(fā)新型光電器件的研究人員的要點(diǎn)。

“大多數(shù)光電器件需要兩種不同的材料才能在太空中產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)性，”周說(shuō)，他與八位BC同事和新加坡南洋理工大學(xué)的兩名研究人員一起工作。“在這里，我們表明，單一材料內(nèi)的空間不對(duì)稱(chēng)性 - 特別是其熱電傳輸特性的不對(duì)稱(chēng)性 - 可以產(chǎn)生自發(fā)的光電流。

該團(tuán)隊(duì)研究了材料二碲化鎢和銥四碲化物，它們都屬于Weyl半金屬類(lèi)。研究人員懷疑這些材料將是產(chǎn)生光電流的良好候選者，因?yàn)樗鼈兊木�體結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是不對(duì)稱(chēng)的反轉(zhuǎn);也就是說(shuō)，晶體不會(huì)通過(guò)反轉(zhuǎn)圍繞一個(gè)點(diǎn)的方向來(lái)映射到自身。

周的研究小組著手了解為什么Weyl半金屬可以有效地將光轉(zhuǎn)化為電能。以前的測(cè)量只能確定從設(shè)備流出的電量，例如測(cè)量有多少水從水槽流入排水管。為了更好地了解光電流的起源，周的團(tuán)隊(duì)試圖可視化設(shè)備內(nèi)的電流 - 類(lèi)似于制作水槽中旋轉(zhuǎn)水流的地圖。

“作為該項(xiàng)目的一部分，我們開(kāi)發(fā)了一種新技術(shù)，使用稱(chēng)為金剛石氮空位中部的量子磁場(chǎng)傳感器對(duì)光電流產(chǎn)生的局部磁場(chǎng)進(jìn)行成像，并重建光電流的完整流線(xiàn)，”研究生Yu-Xuan Wang說(shuō)。

研究小組發(fā)現(xiàn)電流以四重渦旋模式流動(dòng)，周?chē)�是光線(xiàn)照射在材料上的地方。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步可視化了材料邊緣如何改變循環(huán)流動(dòng)模式，并揭示了邊緣的準(zhǔn)確角度決定了流出器件的總光電流是正、負(fù)還是零。

“這些前所未見(jiàn)的流動(dòng)圖像使我們能夠解釋光電流產(chǎn)生機(jī)制令人驚訝地是由于各向異性光熱電效應(yīng) - 也就是說(shuō)，熱量如何沿著Weyl半金屬的不同面內(nèi)方向轉(zhuǎn)換為電流的差異，”周說(shuō)。

令人驚訝的是，各向異性熱能的出現(xiàn)不一定與Weyl半金屬表現(xiàn)出的反演不對(duì)稱(chēng)性有關(guān)，因此可能存在于其他類(lèi)別的材料中。

“我們的發(fā)現(xiàn)為尋找其他高度光響應(yīng)材料開(kāi)辟了一個(gè)新的方向，”周說(shuō)�！八�展示了量子傳感器對(duì)材料科學(xué)開(kāi)放問(wèn)題的破壞性影響。

周說(shuō)，未來(lái)的項(xiàng)目將使用獨(dú)特的光電流流動(dòng)顯微鏡來(lái)了解其他外來(lái)材料中光電流的起源，并突破檢測(cè)靈敏度和空間分辨率的極限。