科学家研制根据带边外尔节点的偏振可调谐中红外发光器材

  我国科学院姑苏纳米所研讨员张凯、项目研讨员王俊勇团队提出具有别致能带特性的窄带隙二维半导体，可为完成发光偏振态动态调控供给全新途径。近期，相关研讨成果发表于《天然-通讯》。

  偏振态是光子的一个重要的自由度，对其调谐与操作在光通信、信号加密与量子核算等范畴扮演着中心人物。半导体发光二极管的发光偏振态一般由资料固有的晶体对称性和光学跃迁选择定则所固定，难以完成动态、自动的调控。

  以具有能带穿插特性的外尔半导体碲为例，其导带底存在一个受拓扑维护的能带穿插点，即外尔节点。这一特性将拓扑能带结构与载流子的辐射复合进程直接耦合，从根本上改变了光与物质的相互作用形式。

  经过理论核算标明，外尔节点在导带底处形成了一个“偏振奇点”：在这一点上，发光偏振态对载流子的占有状况极端灵敏，任何细小的能量或动量偏移都可能会导致偏振态的改变，这为完成动态调控供给了物理根底。

  根据此共同物性，团队构建了石墨烯/碲/石墨烯范德华异质结中红外电致发光器材。该结构具有较低的寄生电阻，可以在较宽的电流密度范围内高效作业。试验发现，在低电流注入下，载流子主要在布里渊区H点（即外尔节点地点处）邻近复合，发射出偏振度挨近100%的高度线偏振光。跟着注入电流密度的增大，高能“热载流子”效应显着，载流子复合区域在倒空间中从H点向外扩展。

  此刻，不同动量点对发光偏振的奉献产生显着的改变，导致器材的全体发光偏振度从～100%接连调谐至36%。第一性原理核算进一步证明了偏振可调性源于外尔节点邻近的能带填充效应及热载流子主导的跃迁重散布。

  该研讨初次试验演示了根据“带边外尔节点偏振奇点”的动态可调偏振光源，为探究外尔点邻近的光与物质相互作用及中红外拓扑光电子器材拓荒了新的技能途径。

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