Обзор фотоники на основе полуметаллов Вейля

Световой издательский центр, Чанчуньский институт оптики, точной механики и физики, CAS

изображение: (а) Обычные полуметаллы, (б) Полуметаллы Вейля.посмотреть больше

Фото: Чэн Го, Виктор С. Асадчий, Бо Чжао и Шаньхуэй Фань

Полуметаллы Вейля представляют собой топологические материалы, низкоэнергетические возбуждения которых подчиняются уравнению Вейля. В полуметалле Вейля зоны проводимости и валентная зоны соприкасаются в дискретных точках импульсного пространства, называемых узлами Вейля. Узлы Вейля являются монополями кривизны Берри и устойчивы к общим возмущениям. Квазичастицы вблизи узлов Вейля аналогичны фермионам Вейля в физике высоких энергий; они демонстрируют линейную дисперсию и четко выраженную хиральность.

В новой статье, опубликованной в eLight, группа ученых под руководством профессора Шаньхуэй Фана из Стэнфордского университета рассмотрела основные концепции и оптические характеристики полуметаллов Вейля.

Нетривиальная топология полуметаллов Вейля приводит к появлению множества необычных электронных, магнитных, тепловых и оптических свойств. Эти интригующие особенности широко изучались в литературе. Помимо этих фундаментальных интересов, полуметаллы Вейля могут также открыть новые возможности в практическом применении. Например, фотонные приложения включают компактные оптические изоляторы и циркуляторы, детекторы орбитального углового момента, генерацию гармоник высшего порядка и невзаимные тепловые излучатели. Однако такое прикладное исследование все еще находится на ранней стадии, что требует более совместных усилий ученых и инженеров.

Полуметаллы Вейля представляют собой особый класс полуметаллов. Они обладают как общими свойствами полуметаллов, так и некоторыми уникальными характеристиками. Согласно зонной теории, твердые тела можно разделить на изоляторы, полупроводники, полуметаллы и металлы. Изолятор или полупроводник имеет запрещенную зону между валентной зоной и зоной проводимости; ширина запрещенной зоны более значительна для изолятора, чем для полупроводника. Полуметалл имеет минимальное перекрытие зон проводимости и валентной зоны и пренебрежимо малую плотность состояний на уровне Ферми. Металл имеет частично заполненную зону проводимости и значительную плотность состояний на уровне Ферми.

Исследователи излагают свой взгляд на будущие работы по развивающейся теме фотоники на основе полуметаллов Вейля. До сих пор большинство работ по полуметаллам Вейля сосредоточено на новой физике. Перед инженерами стоят огромные задачи и возможности сделать эти физические эффекты практически полезными.

Существует много возможностей, включая синтез высококачественных полуметаллов Вейля большой площади и изготовление фотонных устройств на основе полуметаллических материалов Вейля. Другие варианты включают разработку фотонных структур для улучшения взаимодействия света и вещества в полуметаллах Вейля и управление фотонами для улучшения поглощения света и фототоков в полуметаллах Вейля. Действительно, необходимо приложить немало усилий для создания практических устройств из полуметаллов Вейля.

eLight

10.1186/s43593-022-00036-w

Отказ от ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за достоверность пресс-релизов, публикуемых на EurekAlert! содействующими учреждениями или за использование любой информации через систему EurekAlert.