來自中國科學院長春光學精密機械與物理研究所和北京大學的研究人員開發了一種用于超寬帶光電探測器的拓撲絕緣體鉍薄膜質量升級新技術。該研究發表在《光學快報》(Optics Express)上。

研究人員使用飛秒激光處理顯著改善了鉍薄膜的光電轉換和載流子傳輸，這在以前限制了材料的光電性能。

鉍是一種拓撲絕緣體，是一類具有獨特特性的材料，例如無間隙邊緣態和絕緣體態。這些特性使它們有望用于制造室溫、寬帶寬和高性能的光電探測器，這些探測器可以跨越紫外線到遠紅外甚至太赫茲范圍。然而，鉍薄膜通常具有高表面粗糙度和明顯的晶界，這會影響光響應性，而光響應性是拓撲絕緣體超寬帶光電探測器的關鍵因素。

為了克服這一挑戰，研究人員使用飛秒激光處理來改變鉍薄膜的表面形態和理化性質。

飛秒激光是一種有趣的方法，由于其超高峰值功率和超短持續時間的特性，可以在各種材料上提供非接觸式高精度制造。通過調整脈沖能量和掃描速度等激光參數，研究人員能夠將平均表面粗糙度降至10納米以下，同時消除界面上的晶界。這導致載流子傳輸和光電轉換的顯著改善。

然后，研究人員在經過高效處理的鉍薄膜的大表面積上以柱面聚焦條件制造了光電器件。他們測量了器件在從可見光到中紅外 (MIR) 的不同波長光下的光響應性，發現與原始樣品相比，激光處理的鉍膜在超寬光譜范圍內的光響應度增加了兩倍，即使在室溫下也是如此。

研究人員認為，該方法可進一步用于提高其他拓撲絕緣體的質量，從而促進其在超寬帶光電探測領域的應用。他們還希望他們的工作能夠激發更多關于飛秒激光加工調制拓撲量子材料的研究。

審核編輯 黃宇