由波士顿学院一组研究人员领导的一个国际研究小组2019年3月4日在《自然材料》上报告表示，最近发现的威尔半金属是所有材料中，将光转化为电的固有转换量最大的。这一发现基于该材料的一个独特方面，即电子可以通过其手性来分离。这一发现可能为光高效发电以及热或化学传感提供一条新途径。波士顿学院物理学副教授Kenneth Burch说：我们发现，Weyl半金属砷化钽具有巨大的体积光伏效应：一种内在的，或者说非线性光产生的电流比以往任何时候都要大十倍以上。
博科园-科学科普：此外这是在中红外状态，这意味着这种材料也可以用于化学或热感测，以及余热回收。通常情况下，光通过在半导体中创造一个内置电场来转换成电能。这是通过化学调制实现，并导致潜在效率的一个基本上限，即所谓的震荡奎塞尔极限。研究小组采用的另一种方法是利用材料中电子的旋向性，通过光波的非线性混合产生本质上的直流电。这种方法通常太小，用处不大。但研究人员最近意识到它与电子的拓扑性质密切相关。这促使人们预测，在威尔半金属中，电子独特的、类似手性的行为可能产生巨大非线性效应。
据波士顿学院、加州大学洛杉矶分校和瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员称，Weyl半金属砷化钽具有巨大的体积光电效应——光产生的固有或非线性的电流比以往任何时候都要大十倍以上图片：Kenneth Burch/Boston College
Burch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共同撰写了这篇论文：致力于回答Weyl semmetals是否符合产生电流的巨大固有非线性响应的预测。研究小组对电子效应的强度感到惊讶，这是由一种新的制造方法引起。这种影响的程度远远超出了想象，来自麻省理工学院的前一组研究人员发现，反应主要是由热能或外部条件决定，使用的聚焦离子束制造设备和对称性使我们能够发现室温下巨大的体积光伏效应。研究小组正在努力确定这种效果的“最佳点”，具体来说就是理想的设备配置和光的波长。
新研究高效、快速地将光转换为电对传感和清洁能源至关重要。体积光电效应(BPVE)是一种二阶非线性光学效应，本质上是将光转化为电流。在Weyl半金属TaAs的微观器件中一个大的中红外BPVE。这一发现是结合了最近在Weyl半金属，聚焦离子束制造和理论工作的发展，表明了BPVE和拓扑之间的联系。还提出了一个详细的对称分析，使我们能够分离位移电流响应从光热效应。给定位移电流的大小和波长范围可能会影响光学探测器、清洁能源和拓扑结构，并证明Weyl半金属在实际应用中的实用性。
博科园-科学科普｜研究/来自: 波士顿学院
参考期刊文献:《Nature Materials》
DOI: 10.1038/s41563-019-0297-4
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