Схема, основанная на линейно поляризованном свете и его второй гармонике для генерации фототока как в топологических, так и в нетопологических материалах.
Фото: адаптировано из Physical Review B (2024). DOI: 10.1103/PhysRevB.109.104309.

Исследователи уже давно задаются вопросом, можно ли эффективно преобразовать свет в электричество. Реалистичные и эффективные методы генерации электричества из света, фототока имеют множество потенциальных применений в экологически чистом преобразовании энергии, обработке информации, датчиках, фотодетекторах и многих других оптоэлектронных применениях.

Этот вопрос побудил ученых искать новые квантовые материалы. Недавно исследователи из Индийского технологического института (IIT) в Бомбее предложили гениальный метод не только для генерации фототока независимым от материала способом, но также для его эффективной настройки и адаптации для широкого использования.

Генерация фототока из полуметаллов Вейля является горячей темой из-за их топологической природы. Хотя полуметаллы Вейля обеспечивают устойчивость к внешним возмущениям, фототок ограничен только определенными классами симметрии полуметаллов Вейля.

Недавнее исследование, опубликованное в Physical Review B, демонстрирует, что одноцветная установка с круговой поляризацией порождает фототок в полуметалле Вейля независимо от лежащей в его основе симметрии и структурных деталей.

Использование интенсивного лазерного импульса открывает фототок, зависящий от спиральности, который также настраивается в зависимости от эллиптичности света. Выделенный метод генерации фототока демонстрирует чувствительность к амплитуде, фазе и спиральности циркулярно поляризованного света.

Кроме того, фототок постепенно уменьшается до нуля, когда эллиптичность света переходит от круговой к линейной. Это привело к новизне метода по сравнению с предыдущими попытками использования ультракоротких всплесков света двух частот в полуметаллах Вейля. В более ранних методах в качестве параметра управления для адаптации фототока используется только интенсивность.

Сделав еще один шаг вперед, исследователи также показывают, что фототок можно генерировать с помощью пары линейно поляризованных импульсов — самой простой экспериментальной установки, которую можно себе представить, в другой публикации в Physical Review B. Амар Бхарати, ведущий исследователь этой работы, успешно показал, что интенсивного света и его более слабых вторых гармоник достаточно для эффективного преобразования света в электричество.

Преимущества этого нового подхода многочисленны. Во-первых, он генерирует универсальный фототок как в топологических, так и в нетопологических материалах. Во-вторых, его можно настроить, настроив угол между плоскостями поляризации и соотношение амплитуд двух источников света. В-третьих, его можно дополнительно настроить, введя временную задержку между двумя вспышками света.

Профессор Гопал Диксит, также автор обеих статей, говорит: «В быстро развивающихся областях фотодетекторов и оптоэлектроники универсальный метод генерации фототока добавляет новые измерения. С одной стороны, для обработки информации генерация фототока по желанию С другой стороны, фотодетектор для интенсивного света решает насущную потребность в определении характеристик интенсивного света».