山東大學張懷金Adv. Mater.：寬波段光敏外爾半金屬單晶—TaAs

【引言】

可以將光信號轉化為電信號的光探測器，在100多年前就吸引了相關領域科研工作者的興趣。具有寬帶光響應的光探測器的光響應范圍，可從紫外光到可見光，再到近紅外，甚至太赫茲，在很多領域都有應用，比如成像、檢測、光通信、可穿戴設備和光電記憶等。根據光電探測理論，當入射光的能量大于半導體的帶隙時，電子可從價帶激發到導帶，從而實現光響應。目前基于窄帶隙半導體的光探測器已經有很多，可用來探測寬帶光，比如中紅外光子。然而，對于帶寬小于中紅外光子的半導體，室溫下的載熱會產生大量暗電流，遠大于光產生的電流，因而限制了這類光檢測器的應用。

【成果簡介】

近日，山東大學張懷金教授（通訊作者）報導了一種外爾半金屬TaAs。這種光探測器可在室溫下實現寬波段的光響應，從可見光區域到長紅外區域。這個工作也說明外爾半金屬TaAs可促進現代光電設備的發展。該成果以題為"A Wide-Range Photosensitive Weyl Semimetal Single Crystal—TaAs"發表在Adv. Mater.上。

【圖文導讀】

圖1.外爾半金屬TaAs的表征

(a).TaAs的光吸收圖和電流-電壓曲線

(b).圖示實驗裝置

(c).在不同光照位置，TaAs的光電流隨時間的變化

(d).和銀電極相連時，不同光照位置，TaAs的光電流隨時間的變化

圖2.TaAs在連續波長激光激發下的光響應

(a).TaAs在438.5 nm，2.82μm和10.29μm波長激發下，電流隨時間的變化。

(b).在438.5nm波長下，電流隨入射功率的變化

(c).在0.5mW光源下，光子能量與光電流的關系

圖3.TaAs在脈沖激光激發下的光響應

(a).TaAs在3.02 μm，6.6μm，7.8μm和9.54μm波長激發下，電流隨時間的變化。

(b).在3.02 μm和6.6μm波長下，電流隨入射功率的變化

(c).在0.5mW光源下，光子能量與光電流的關系

圖4.TaAs的R_λ和D^☆隨光子能量的變化

(a).在連續波長激光激發下，R_λ和D^☆隨光子能量的變化。

(b).在脈沖激光激發下，R_λ和D^☆隨光子能量的變化。

圖5.不同材料的光響應波長和溫度范圍

【小結】

在這個工作中，作者通過一系列的實驗證明了外爾半金屬TaAs在室溫下具有超寬波長的光響應。和窄帶隙半導體相比，TaAs具有更廣的探測范圍和工作溫度。文章解釋了TaAs的工作原理，同時認為TaAs的光響應性能可以通過器件的設計和優化來提高。此工作是目前首例將TaAs單晶用于常溫寬波長光響應，并為外爾半金屬在光探測中的應用提供了新的契機。

A Wide-Range Photosensitive Weyl Semimetal Single Crystal—TaAs

(Adv. Mater., 2018, DOI: 10. 1002/adma.201801372)

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