宾夕法尼亚大学 两项新的研究表明，由于两种金属合金的拓扑结构，它们能够有效地将光转化为电流
这项基础研究可以为未来发展光电探测器和太阳能电池等器件提供一种新的途径
学分:宾夕法尼亚大学 最近的两项研究表明，两种相关金属合金将光转化为电流的能力存在拓扑起源
发表在《NPJ量子材料》杂志上的关于一氧化铑(RhSi)和发表在《自然通讯》杂志上的关于一氧化钴(CoSi)的新的基础研究，可以为发展诸如光电探测器和太阳能电池等器件提供一种新的途径
这两项研究都是由助理教授吴亮领导的，参与的合作者来自弗里堡大学、法国国家科学研究中心、马克斯·普朗克固体化学物理研究所、多诺斯蒂亚国际物理中心、马里兰大学、马德里材料科学研究所和格勒诺布尔大学
吴和他的实验室正致力于一系列涉及拓扑材料的项目，其基础理论由2019年基础物理突破奖获得者查理·凯恩和尤金·梅勒首创
吴和该领域其他研究者的目标是利用这些理论来研究和开发用于新应用和器件的拓扑材料
该小组的最新发现集中在通过更好地理解光电流和拓扑之间的关系将光转化为电流的方法上
虽然之前已经有过关于CoSi和RhSi的实验，但是帮助团队获得新见解的是太赫兹发射光谱的使用
这包括发射亚毫米级的光脉冲来研究物质在中红外范围内的反应
“因为我们推进了这个机制，我们能够证明CoSi中的光电流效应是拓扑的，”吴说
“通过仔细分析，我们可以测量一个理论可以计算的光响应，这样我们就可以比较实验和理论之间的响应幅度，而这在过去是没有做到的
" 研究人员发现CoSi和RhSi的光电流在起源上都是纯拓扑的，尽管在RhSi中这种反应不太明显
RhSi中的结论适用于比先前理论预测低得多的光子能量，这可能是由于该化合物中存在更多的缺陷
《自然通讯》论文的合著者梅勒说:“预计这些材料在其能带结构中有一种特殊的拓扑结构，但真正的目标是试图将其与一些实验观察结果联系起来。”
“在这一领域的最初几年里，有人试图这样做，我认为梁的工作确实是最仔细的工作，准确地展示了你需要看到的现象
" 除了拓扑起源之外，吴还感兴趣的是CoSi在中红外区的光电流比以前在具有手性结构的其它类型材料中观察到的要高得多
这是一种可能使新的方法来制造设备，如光电探测器，可以在这种制度下工作
“这项研究将有可能实现基于这些新兴拓扑材料的新的电子设备概念，这些材料消耗更少的能量，更节能，并最终为美国带来具有改进的尺寸、重量和功率的新的电子系统
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资助这项研究的陆军研究办公室项目经理乔·邱说
通过他们的最新发现，吴和他的团队现在已经有了实验程序和分析方法来研究其他类型的材料和现象，这些材料和现象可能对材料科学和工程应用有所帮助
“对于无序程度较低的材料，它也可能在太阳能电池等方面有一些应用，”研究生倪卓良说，他是这两项研究的第一作者之一，他谈到这些结果如何帮助研究人员找到提高现有材料光电导性的方法
通过实验和理论的结合，这些结果对于改进拓扑材料以在未来得到更广泛的应用也有进一步的意义
“这是一个实验性的演示，人们试图将拓扑特征与观察到的特性联系起来，如果我们能把材料做得更好一点，拓扑特征很可能就在观察到的特性中，我认为这真的是第一次，”梅勒说
“目前，这些材料还不完全存在，但看起来可能存在
这是一个非常惊人的想法
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