山东大学张怀金Adv. Mater.：宽波段光敏外尔半金属单晶—TaAs

【引言】

可以将光信号转化为电信号的光探测器，在100多年前就吸引了相关领域科研工作者的兴趣。具有宽带光响应的光探测器的光响应范围，可从紫外光到可见光，再到近红外，甚至太赫兹，在很多领域都有应用，比如成像、检测、光通信、可穿戴设备和光电记忆等。根据光电探测理论，当入射光的能量大于半导体的带隙时，电子可从价带激发到导带，从而实现光响应。目前基于窄带隙半导体的光探测器已经有很多，可用来探测宽带光，比如中红外光子。然而，对于带宽小于中红外光子的半导体，室温下的载热会产生大量暗电流，远大于光产生的电流，因而限制了这类光检测器的应用。

【成果简介】

近日，山东大学张怀金教授（通讯作者）报导了一种外尔半金属TaAs。这种光探测器可在室温下实现宽波段的光响应，从可见光区域到长红外区域。这个工作也说明外尔半金属TaAs可促进现代光电设备的发展。该成果以题为"A Wide-Range Photosensitive Weyl Semimetal Single Crystal—TaAs"发表在Adv. Mater.上。

【图文导读】

图1.外尔半金属TaAs的表征

(a).TaAs的光吸收图和电流-电压曲线

(b).图示实验装置

(c).在不同光照位置，TaAs的光电流随时间的变化

(d).和银电极相连时，不同光照位置，TaAs的光电流随时间的变化

图2.TaAs在连续波长激光激发下的光响应

(a).TaAs在438.5 nm，2.82μm和10.29μm波长激发下，电流随时间的变化。

(b).在438.5nm波长下，电流随入射功率的变化

(c).在0.5mW光源下，光子能量与光电流的关系

图3.TaAs在脉冲激光激发下的光响应

(a).TaAs在3.02 μm，6.6μm，7.8μm和9.54μm波长激发下，电流随时间的变化。

(b).在3.02 μm和6.6μm波长下，电流随入射功率的变化

(c).在0.5mW光源下，光子能量与光电流的关系

图4.TaAs的R_λ和D^☆随光子能量的变化

(a).在连续波长激光激发下，R_λ和D^☆随光子能量的变化。

(b).在脉冲激光激发下，R_λ和D^☆随光子能量的变化。

图5.不同材料的光响应波长和温度范围

【小结】

在这个工作中，作者通过一系列的实验证明了外尔半金属TaAs在室温下具有超宽波长的光响应。和窄带隙半导体相比，TaAs具有更广的探测范围和工作温度。文章解释了TaAs的工作原理，同时认为TaAs的光响应性能可以通过器件的设计和优化来提高。此工作是目前首例将TaAs单晶用于常温宽波长光响应，并为外尔半金属在光探测中的应用提供了新的契机。

A Wide-Range Photosensitive Weyl Semimetal Single Crystal—TaAs

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

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