Forskare har länge undrat om ljus på ett effektivt sätt kan omvandlas till elektricitet. Realistiska och effektiva metoder för att generera elektricitet från ljus, fotoström, har många potentiella tillämpningar inom ren omvandling av energi, informationsbehandling, sensorer, fotodetektorer och många andra optoelektroniska användningsområden.
Frågan har motiverat forskare att söka nya kvantmaterial. Nyligen har forskare från Indian Institute of Technology (IIT) Bombay lagt fram en genialisk metod för att inte bara generera fotoström på ett materialoberoende sätt, utan också för att trimma och skräddarsy den effektivt för utbredd användning.
Fotoströmsgenerering från Weyl-halvmetaller är ett hett ämne på grund av deras topologiska natur. Även om Weyl-halvmetall ger robusthet mot yttre störningar, har fotoström endast begränsats till vissa symmetriklasser av Weyl-halvmetaller.
Ny forskning publicerad i Physical Review B visar att en enfärgad, cirkulärt polariserad ljusuppsättning alstrar fotoström i en Weyl-halvmetall oberoende av dess underliggande symmetri och strukturella detaljer.
Användningen av en intensiv laserpuls låser upp helicitetsberoende fotoström, som också är avstämbar med ljusets elliptiska förmåga. Den markerade metoden för generering av fotoström visar känslighet för amplitud, fas och helicitet hos cirkulärt polariserat ljus.
Dessutom minskar fotoströmmen gradvis till noll när ljusets elliptiska övergång från cirkulär till linjär. Detta ledde till nyheten i metoden jämfört med de tidigare försöken med ultrakorta skurar av två ljusfrekvenser i Weyl-halvmetaller. De tidigare metoderna har enbart intensitet som en kontrollparameter för att skräddarsy fotoström.
För att gå ett steg längre illustrerar forskare också att fotoström kan genereras med hjälp av ett par linjärt polariserade pulser, den enklast tänkbara experimentuppställningen i en annan publikation i Physical Review B . Amar Bharati, den ledande forskaren i detta arbete, har framgångsrikt visat att ett intensivt ljus och dess svagare andra övertoner är tillräckliga för att effektivt omvandla ljus till elektricitet.
Fördelarna med detta nya tillvägagångssätt är många. För det första genererar den en universell fotoström i både topologiska och icke-topologiska material. För det andra kan den skräddarsys genom att ställa in vinkeln mellan polarisationsplanen och amplitudförhållandet för två ljus. För det tredje kan den ställas in ytterligare genom att införa en tidsfördröjning mellan två ljusskurar.
Prof. Gopal Dixit, också en författare på båda tidningarna, säger:"Inom de snabbt framskridande områdena fotodetektorer och optoelektronik, ger en universell metod för att generera fotoström nya dimensioner. Å ena sidan, för informationsbehandling, generering av fotoström efter behag. i en enkel installation behövs Å andra sidan löser en fotodetektor för intensivt ljus det överhängande behovet av att karakterisera intensivt ljus."
Mer information: Amar Bharti et al, Skräddarsy fotoström i Weyl-halvmetaller via intensiv laserbestrålning, Physical Review B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.L161113
Amar Bharti et al, Photocurrent generation in solids via linearly polarized laser, Physical Review B (2024). DOI:10.1103/PhysRevB.109.104309
Journalinformation: Fysisk granskning B
Tillhandahålls av Max-Born Institut
