科研快讯 | 近藤绝缘体表面实现高效拓扑二极管效应

3月20日，浙江大学基础交叉研究院交叉原创板块、物理学院袁辉球教授团队，与美国佛罗里达州立大学合作，在美国科学院院刊PNAS上发表了题为“Realizing a topological diode effect on the surface of a topological Kondo insulator”的论文。SmB₆作为强关联电子材料的代表，凭借其易调控的小能隙（仅 3 ~ 5 meV）和易探测的拓扑表面态，成为研究关联拓扑绝缘体的理想实验平台。在 5 - 15 K 的低温下，其表面态会经历拓扑相变并逐渐形成完整的拓扑表面态。在这段中间温度，拓扑表面态的空间不均匀性打破了镜面对称性。研究团队发现，在足够强的微扰作用下，该材料表面可以自然形成p型与n型表面电子态，如同在材料表面“绘制”出无数微小的二极管。也正是在这一温区，SmB₆在射频（RF）调制下表现出明显的整流效应与光伏效应：在功率低至 -20 dBm，频率在 6.5 MHz左右的RF信号的辐射下，可以在距离小于1mm的两个电极产生大于1微安的直流电流输出。该自生pn结的工作频率和输入功率明显低于许多其它薄膜拓扑材料。该研究表明SmB₆具有较高的应用潜力，可以用来设计光电探测器或从微弱的环境热辐射中收集能量等，为自供电传感器或太空能源收集提供了新思路，同时提供了通过自发的空间不均匀性在强关联拓扑绝缘体表面实现并应用拓扑pn结的新范式，有望在其它拓扑绝缘体中得到应用。

SmB₆表面拓扑二极管产生的整流效应及其微观机理

原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2417709122