分析拓扑材料特性的新机制

　　新的研究表明，两种金属合金由于其拓扑结构可以有效地将光转化为电流。这项基础研究可以为未来光电探测器和太阳能电池等器件的发展提供一种新的方法。

　　这两项研究由吴亮副教授进行，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、马里兰大学多诺斯蒂亚国际物理中心和马德里材料科学研究所的合作者参与了研究。

　　吴及其实验室从事多项涉及拓扑材料的项目，基础理论由2019年基础物理突破奖获得者Charlie   Kane和Eugene   Mele提出。吴和该领域的其他研究人员旨在利用这些理论来研究和开发拓扑材料的新应用和设备。

　　该小组的最新发现侧重于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。尽管之前已经在CoSi和RhSi上进行了实验，但太赫兹发射光谱的使用帮助团队获得了新的见解。这包括发射亚毫米光脉冲，以研究中红外范围内材料的响应。

　　吴说：“因为我们采用了这个机制，所以可以证明CoSi中的光电效应是拓扑的。通过仔细的分析，我们可以测量出理论可以计算出的光响应，这样我们就可以比较实验和理论的响应幅度，这在过去是做不到的。”

　　研究人员发现CoSi和RhSi的光电流是纯拓扑的，尽管这种反应在RhSi中并不那么明显。结论在RhSi中应用的光子能量比以前理论预测的要低得多，这可能是由于这种化合物中有更多的缺陷。

　　梅尔是论文《[0x9A8B》的合著者，他说：“人们期望这些材料在其能带结构中具有特定的拓扑结构，但事实上，这里最大的挑战是试图将它们与一些可观察到的实验联系起来。在这个领域的最初几年里，有人试图这样做，我认为梁的工作实际上是最谨慎的工作，这正是你需要看到这种现象的原因。”

　　除了拓扑起源之外，吴还对CoSi在中红外条件下的光电流高于先前在具有手性结构的其他类型材料中观察到的光电流这一事实感兴趣。这可以为制造可以在这种状态下工作的器件(如光电探测器)提供一种新的方法。

　　乔说：“这项研究将使基于这些新兴拓扑材料的新电子设备的概念成为可能，这些材料消耗更少的功率，更节能，并最终为美国陆军带来尺寸、重量和功率都有所改善的新电子系统。”通过他们的最新发现，吴和他的团队现在有了实验程序和分析方法来研究可能与材料科学和工程应用有关的其他类型的材料和现象。这两项研究的第一作者倪卓良博士说：“对于无序度较小的材料，在太阳能电池等领域也可能有一定的应用。”

　　通过实验与理论相结合，这些结果对于改进拓扑材料以使其在未来得到更广泛的应用具有重要意义。“这是一个实验演示，人们试图将拓扑性质与观察到的性质联系起来。如果我们能把材料做得更好，我想这是第一次在这里做，”梅勒说。目前物质不够，但似乎有可能存在。这是个好主意。