Inicio > Prensa > Los sensores cuánticos ven el flujo de fotocorrientes de Weyl: el equipo dirigido por Boston College desarrolla una nueva técnica de sensor cuántico para obtener imágenes y comprender el origen del flujo de fotocorrientes en los semimetales de Weyl
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| Un equipo de investigadores del Boston College descubrió que la fotocorriente entra (ilustrada en azul) a lo largo de un eje cristalino del semimetal Weyl y sale (ilustrada en amarillo/naranja) a lo largo del eje perpendicular, representado aquí como resultado de una nueva técnica: equipo desarrollado utilizando sensores de campo magnético cuántico para visualizar el flujo de electricidad. CRÉDITO Laboratorio Zhou, Universidad de Boston |
Abstracto:
Los sensores cuánticos se pueden usar para revelar un nuevo y sorprendente mecanismo para convertir la luz en electricidad en los semimetales de Weyl, informan el profesor asistente de física de la Universidad de Boston, Brian Zhou, y sus colegas en la revista Nature Physics.
Los sensores cuánticos ven el flujo de fotocorrientes de Weyl: el equipo dirigido por Boston College desarrolla una nueva técnica de sensor cuántico para obtener imágenes y comprender el origen del flujo de fotocorrientes en los semimetales de Weyl
Chestnut Hill, Massachusetts | Publicado el 27 de enero de 2023
Varias tecnologías modernas, como cámaras, redes de fibra óptica y células solares, se basan en la conversión de la luz en señales eléctricas. Pero con la mayoría de los materiales, iluminar su superficie con una luz no generará electricidad porque no hay una dirección preferida para que fluya la electricidad. Las propiedades únicas de los electrones en los semimetales de Weyl los han convertido en el centro de atención de los investigadores que intentan superar esos límites y desarrollar nuevos dispositivos optoelectrónicos.
“La mayoría de los dispositivos fotoeléctricos requieren dos materiales diferentes para crear una asimetría en el espacio”, dijo Zhou, quien trabajó con ocho colegas de BC y dos investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur. “Aquí, demostramos que la asimetría espacial dentro de un solo material, en particular la asimetría en sus propiedades de transporte termoeléctrico, puede dar lugar a fotocorrientes espontáneas”.
El equipo estudió los materiales ditellurida de tungsteno y tetratellurida de tantalio e iridio, que pertenecen a la clase de semimetales de Weyl. Los investigadores han sospechado que estos materiales serían buenos candidatos para la generación de fotocorriente porque su estructura cristalina es inherentemente asimétrica de inversión; es decir, el cristal no se mapea sobre sí mismo invirtiendo las direcciones alrededor de un punto.
El grupo de investigación de Zhou se propuso comprender por qué los semimetales de Weyl son eficientes para convertir la luz en electricidad. Las mediciones anteriores solo podían determinar la cantidad de electricidad que sale de un dispositivo, como medir la cantidad de agua que fluye de un fregadero a un desagüe. Para comprender mejor el origen de las fotocorrientes, el equipo de Zhou buscó visualizar el flujo de electricidad dentro del dispositivo, de manera similar a hacer un mapa de las corrientes de agua arremolinadas en el fregadero.
"Como parte del proyecto, desarrollamos una nueva técnica utilizando sensores de campo magnético cuántico llamados centros de vacantes de nitrógeno en diamantes para obtener imágenes del campo magnético local producido por las fotocorrientes y reconstruir las líneas de corriente completas del flujo de fotocorriente", dijo el estudiante graduado Yu-Xuan. Wang, autor principal del manuscrito, dijo.
El equipo descubrió que la corriente eléctrica fluía en un patrón de vórtice cuádruple alrededor de donde la luz brillaba sobre el material. El equipo visualizó además cómo los bordes del material modifican el patrón de flujo circulante y reveló que el ángulo preciso del borde determina si la fotocorriente total que sale del dispositivo es positiva, negativa o cero.
“Estas imágenes de flujo nunca antes vistas nos permitieron explicar que el mecanismo de generación de fotocorriente se debe sorprendentemente a un efecto fototermoeléctrico anisotrópico, es decir, diferencias en cómo el calor se convierte en corriente a lo largo de las diferentes direcciones en el plano del Weyl. semimetal”, dijo Zhou.
Sorprendentemente, la aparición de energía térmica anisotrópica no está necesariamente relacionada con la asimetría de inversión mostrada por los semimetales de Weyl y, por lo tanto, puede estar presente en otras clases de materiales.
“Nuestros hallazgos abren una nueva dirección para la búsqueda de otros materiales altamente sensibles a la luz”, dijo Zhou. “Muestra el impacto disruptivo de los sensores cuánticos habilitados en preguntas abiertas en la ciencia de los materiales”.
Zhou dijo que los proyectos futuros utilizarán el exclusivo microscopio de flujo de fotocorriente para comprender los orígenes de las fotocorrientes en otros materiales exóticos y superar los límites en la sensibilidad de detección y la resolución espacial.
Además de Zhou y Wang, los coautores del informe "Visualización del flujo de fotocorriente a granel y de borde en semimetales Weyl anisotrópicos" incluyen al profesor asociado de física de Boston College Ying Ran, el profesor de física David Broido y el profesor asistente de física Fazel Tafti; los estudiantes de posgrado Xin-Yue Zhang, Thomas Graham y Xiaohan Yao; e investigador postdoctoral Chunhua Li; así como el profesor de la Universidad Tecnológica de Nanyang Zheng Liu y el investigador postdoctoral Ruihuan Duan.
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