近日，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所科研人員與南京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、東華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)及上?？萍即髮W(xué)的相關(guān)團隊合作，提出了原子尺度上精細調(diào)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(xué)學(xué)會-納米》上，論文鏈接為：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c10304。

工業(yè)生產(chǎn)過程中的核心是制造，當(dāng)半導(dǎo)體工藝制造加工從微米、納米向著當(dāng)前最具代表性的原子尺度邁進時，制造技術(shù)將可能直面以量子行為主導(dǎo)的變革性路線—原子制造。隨著半導(dǎo)體技術(shù)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(xué)和電子學(xué)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(guān)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(yīng)、非線性光學(xué)等，狄拉克點處的費米子擁有有效質(zhì)量為零、良好導(dǎo)電性和運動受拓撲學(xué)保護等特點，這為操縱與非平凡帶拓撲相關(guān)的光電器件的性能帶來了希望。

圖1. 材料能帶變化及器件原理和性能

該研究中，科研人員通過室溫下的光電表征與電子結(jié)構(gòu)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(gòu)筑狄拉克錐的對稱性，可推導(dǎo)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(dǎo)增強，有望實現(xiàn)器件性能的大幅提升。實驗結(jié)果與應(yīng)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(zhì)結(jié)具有較好的抑制熱攪動噪聲和快速響應(yīng)、低功耗的性能，表明在原子層面構(gòu)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(shù)在成像、生物醫(yī)學(xué)傳感和下一代通信領(lǐng)域的定向應(yīng)用探索了可行性。

上海技物所研究員王林、陳剛、陳效雙和南京大學(xué)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(xué)副研究員費付聰為論文共同第一作者。