來自中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所和北京大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種用于超寬帶光電探測器的拓撲絕緣體鉍薄膜質(zhì)量升級新技術(shù)。該研究發(fā)表在《光學(xué)快報》(Optics Express)上。

研究人員使用飛秒激光處理顯著改善了鉍薄膜的光電轉(zhuǎn)換和載流子傳輸，這在以前限制了材料的光電性能。

鉍是一種拓撲絕緣體，是一類具有獨特特性的材料，例如無間隙邊緣態(tài)和絕緣體態(tài)。這些特性使它們有望用于制造室溫、寬帶寬和高性能的光電探測器，這些探測器可以跨越紫外線到遠紅外甚至太赫茲范圍。然而，鉍薄膜通常具有高表面粗糙度和明顯的晶界，這會影響光響應(yīng)性，而光響應(yīng)性是拓撲絕緣體超寬帶光電探測器的關(guān)鍵因素。

為了克服這一挑戰(zhàn)，研究人員使用飛秒激光處理來改變鉍薄膜的表面形態(tài)和理化性質(zhì)。

飛秒激光是一種有趣的方法，由于其超高峰值功率和超短持續(xù)時間的特性，可以在各種材料上提供非接觸式高精度制造。通過調(diào)整脈沖能量和掃描速度等激光參數(shù)，研究人員能夠?qū)⑵骄砻娲植诙冉抵?0納米以下，同時消除界面上的晶界。這導(dǎo)致載流子傳輸和光電轉(zhuǎn)換的顯著改善。

然后，研究人員在經(jīng)過高效處理的鉍薄膜的大表面積上以柱面聚焦條件制造了光電器件。他們測量了器件在從可見光到中紅外 (MIR) 的不同波長光下的光響應(yīng)性，發(fā)現(xiàn)與原始樣品相比，激光處理的鉍膜在超寬光譜范圍內(nèi)的光響應(yīng)度增加了兩倍，即使在室溫下也是如此。

研究人員認為，該方法可進一步用于提高其他拓撲絕緣體的質(zhì)量，從而促進其在超寬帶光電探測領(lǐng)域的應(yīng)用。他們還希望他們的工作能夠激發(fā)更多關(guān)于飛秒激光加工調(diào)制拓撲量子材料的研究。

審核編輯 黃宇