Chiralitet giver kolossal fotostrøm

Et nyligt opdaget Weyl -halvmetal leverer den største iboende omdannelse af lys til elektricitet af ethvert materiale, et internationalt team ledet af en gruppe forskere fra Boston College rapporterer i dag i tidsskriftet Naturmaterialer .

Opdagelsen er baseret på et unikt aspekt af materialet, hvor elektroner kan adskilles ved deres kiralitet, eller håndethed - ligner DNA. Resultaterne kan tilbyde en ny vej til effektiv produktion af elektricitet fra lys, samt til termisk eller kemisk registrering.

"Vi opdagede, at Weyl semimetal Tantalum Arsenide, har en kolossal bulkfotovoltaisk effekt - en iboende, eller ikke-lineær, generering af strøm fra lys mere end ti gange større end nogensinde tidligere opnået, "sagde Boston College lektor i fysik Kenneth Burch, hovedforfatter til artiklen, med titlen "Kolossal mellem-infrarød bulk-fotovoltaisk effekt i et type-I Weyl-halvmetal."

"Desuden er dette i det mid-infrarøde regime, hvilket betyder, at dette materiale også kan bruges til kemisk eller termisk registrering, samt genvinding af spildvarme, "Tilføjede Burch.

Typisk, lys konverteres til elektricitet ved at oprette et indbygget elektrisk felt i en halvleder, Sagde Burch. "Dette opnås ved kemisk modulering, og resulterer i en grundlæggende øvre grænse for den potentielle effektivitet-kendt som Shockley-Queisser-grænsen. "

Den alternative fremgangsmåde, som holdet har valgt, udforskede udnyttelse af elektronernes rethed i materialet til iboende at generere jævnstrøm gennem den ikke -lineære blanding af lysbølger, Sagde Burch.

Denne tilgang har typisk været for lille til at være nyttig. Men forskere indså for nylig, at det er tæt forbundet med elektronernes topologiske egenskaber. Det fik forudsigelser om, at den unikke, DNA-lignende opførsel af elektroner i Weyl-halvmetaller kan producere enorme ikke-lineære effekter.

"Vi fokuserede på at svare på, om Weyl -halvmetaller lever op til forudsigelserne om store, iboende ikke -lineære reaktioner for at generere strøm, "sagde Burch, medforfatter af avisen med Philip Moll fra Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, og Ni Ni fra UCLA.

Han tilføjede, at holdet var overrasket over størrelsen af ​​den elektroniske effekt, som blev provokeret af en ny fabrikationsmetode.

"Størrelsen af ​​effekten var langt større, end vi drømte, "sagde Burch." En tidligere gruppe fra MIT fandt, at deres svar var domineret af termisk, eller ekstrinsisk, vilkår, vores brug af de fokuserede ionstrålefremstillede enheder og symmetri gav os mulighed for at afdække den kolossale massefotovoltaiske effekt ved stuetemperatur. "

Burch sagde, at teamet arbejder på at bestemme det "søde sted" for effekten, specifikt hvad er den ideelle enhedskonfiguration og lysets bølgelængde.