beat365官方网站量子材料科學中心孫棟教授與中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心、beat365、中國科學院強耦合量子材料物理重點實驗室曾長淦教授合作，在中紅外波長下對Te進行了圓偏振相關光電流的測量，為支持 Te 作為的“外爾半導體”提供了有力的光學證據。相關研究成果以“利用中紅外圓偏振光電效應揭示半導體碲中的與外爾有關的光學響應”（Unveiling Weyl-related optical responses in semiconducting tellurium by mid-infrared circular photogalvanic effect）為題，于2022年9月16日在線發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。

外爾半金屬由于其具有非平庸的能帶結構，産生了許多與之相關的新奇拓撲特性，近年來吸引了廣泛的研究興趣。此前，與外爾錐相關的拓撲性質通常被視為半金屬材料的獨有性質，若能将半導體的一系列如靈活的可調控性等有利性質與外爾半金屬所具有的的新奇特性相結合，實現“外爾半導體”，在未來高性能電子器件和光電子器件方面将會有的巨大應用潛力。因此，在揭示了外爾半金屬的各種拓撲特性之後，“外爾半導體”是該領域下一個重要研究内容之一。

碲（Te）在傳統上被認為是一種窄帶隙半導體，最近，有輸運測量報道了在Te中存在外爾點的潛在證據，使Te成為實現“外爾半導體”的一個可能的體系，然而實驗上仍然需要更多的證據來幫助證實其“外爾半導體”的特性。外爾錐的手性是外爾半金屬的特征之一，其會導緻在外爾點附近形成自旋翻轉的能帶結構，同時帶來與之相關的圓偏振光學選擇定則。實驗中觀察到了在 4.0 和 10.6 微米波長下圓偏振光電效應（CPGE）的符号反轉現象，這一現象說明兩個波長下對應着不同的光學躍遷過程：一個躍遷産生在外爾錐内部，由外爾點的手性帶來相鄰兩條能帶間的自旋翻轉的能帶結構，而另一個則發生在跨越帶隙的兩個不同外爾錐之間。該實驗現象與計算得到的躍遷矩陣元的結果相一緻。這一實驗現象揭示了Te在單個外爾錐内和不同外爾錐之間的躍遷過程中所遵循獨特的光學選擇規則，為支持 Te 作為的“外爾半導體”提供了有力的光學證據。外爾半導體Te同時具有超高的遷移率，應變和厚度可調的帶隙，以及二維分層結構與優良的空氣穩定性，不僅為探索和調控半導體材料中奇異拓撲物理提供了理想的平台，而且也為實現多功能外爾器件提供了前所未有的應用前景。

圖a：不同手性外爾點附近躍遷的圓偏振光學選擇定則示意圖；圖b：在Te中不同波長光子躍遷對應的能帶位置；圖c,d：分别為4μm與10.6μm波長下圓偏振依賴光電流測量結果，在4μm與10.6μm下具有相反的CPGE符号

beat365官方网站量子材料科學中心2017級研究生馬駿超為第一作者，孫棟教授與曾長淦教授為共同通訊作者，其他主要合作者還包括中國科學技術大學微尺度物質科學國家研究中心王征飛教授、中國科學院長春光學精密機械與物理研究所程晉羅研究員。研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京自然科學基金等支持。

論文鍊接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33190-3