En universel vej til at omdanne lys til strøm i faste stoffer

Forskere har længe spekuleret på, om lys effektivt kan omdannes til elektricitet. Realistiske og effektive metoder til at generere elektricitet fra lys, fotostrøm, har adskillige potentielle anvendelser inden for ren omdannelse af energi, informationsbehandling, sensorer, fotodetektorer og mange andre optoelektroniske anvendelser.

Spørgsmålet har motiveret videnskabsmænd til at søge nye kvantematerialer. For nylig har forskere fra Indian Institute of Technology (IIT) Bombay fremlagt en genial metode til ikke kun at generere fotostrøm på en materialeuafhængig måde, men også til at tune og skræddersy den effektivt til udbredt brug.

Fotostrømgenerering fra Weyl-halvmetaller er et varmt emne på grund af deres topologiske natur. Selvom Weyl semimetall giver robusthed over for eksterne forstyrrelser, er fotostrøm kun blevet begrænset til visse symmetriklasser af Weyl semimetaller.

Nyere forskning offentliggjort i Physical Review B demonstrerer, at en ensfarvet, cirkulært polariseret lysopsætning frembringer fotostrøm i en Weyl-semimetal uanset dens underliggende symmetri og strukturelle detaljer.

Brugen af ​​en intens laserimpuls låser op for helicitetsafhængig fotostrøm, som også kan indstilles med lysets elliptiske tilstand. Den fremhævede metode til generering af fotostrøm viser modtagelighed for amplitude, fase og helicitet af cirkulært polariseret lys.

Derudover reduceres fotostrømmen gradvist til nul, når lysets elliptiske overgang fra cirkulær til lineær. Dette førte til det nye i metoden i forhold til de tidligere forsøg med ultrakorte udbrud af to lysfrekvenser i Weyl-halvmetaller. De tidligere metoder har intensitet alene som en kontrolparameter til at skræddersy fotostrøm.

Går man et skridt videre, illustrerer forskere også, at fotostrøm kan genereres ved hjælp af et par lineært polariserede pulser, den lettest tænkelige eksperimentelle opsætning i en anden publikation i Physical Review B . Amar Bharati, den ledende forsker i dette arbejde, har med succes vist, at et intenst lys og dets svagere anden harmoniske er tilstrækkelige til at omdanne lys til elektricitet effektivt.

Fordelene ved denne nye tilgang er mangfoldige. For det første genererer det en universel fotostrøm i både topologiske og nontopologiske materialer. For det andet kan den skræddersyes ved at indstille vinklen mellem polarisationsplanerne og amplitudeforholdet mellem to lys. For det tredje kan den tunes yderligere ved at indføre en tidsforsinkelse mellem to lysudbrud.

Prof. Gopal Dixit, også forfatter til begge artikler, siger:"I de hastigt fremadskridende områder inden for fotodetektorer og optoelektronik tilføjer en universel metode til at generere fotostrøm nye dimensioner. På den ene side, for informationsbehandling, generering af fotostrøm efter behag. på den anden side, løser en fotodetektor til intenst lys det overhængende behov for at karakterisere intenst lys."

Flere oplysninger: Amar Bharti et al., Skræddersyning af fotostrøm i Weyl-halvmetaller via intens laserbestråling, Physical Review B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.L161113

Amar Bharti et al., Fotostrømgenerering i faste stoffer via lineært polariseret laser, Physical Review B (2024). DOI:10.1103/PhysRevB.109.104309

Journaloplysninger: Fysisk gennemgang B

Leveret af Max-Born Institut