狄拉克/外尔半金属材料的超快光谱研究

We proposed to perform a series of optical measurements including ultrafast time resolved spectroscopy and scanning photocurrent spectroscopy to study carrier dynamics in Dirac/Weyl semimetals, especially the ultrafast carrier dynamics around the Dirac/Weyl point.On one hand, we'll explore the unique topologic related aspects of carrier dynamics of Dirac/Weyl semimetal from the fundamental physics point of view.On the other hand,we'll characterize the various scattering parameters of carriers in Dirac/Weyl semimetals,together with its optoelectronic responses (especially in mid-infrared/THz wavelength regione) from device application point of view.

本项目主要的研究内容是运用超快光谱/光电流谱等光谱学实验手段研究拓扑狄拉克/外尔半金属中载流子的动力学过程，尤其是狄拉克/外尔点附近载流子的超快动力学行为。一方面从基础物理的角度上探索狄拉克/外尔半金属中载流子动力学行为中与拓扑特征相关的特异性；另一方面并从器件应用的角度，表征狄拉克/外尔半金属中载流子散射的各种时间参数；表征狄拉克/外尔半金属的光电响应，尤其是中远红外/太赫兹的光电响应。

在本基金的资助下，我们按计划通过超快光谱、光电流谱和磁光光谱等多种方法，对多种拓扑狄拉克/外尔半金属中的载流子动力学过程和光电转化过程开展了一系列的研究。四年来，研究进展顺利，主要研究成果以学术论文的形式发表,共发表SCI收录论文19篇，其中高影响因子（IF>12）的文章8篇，包括Nature Materials 2篇，Nature Communications 2篇， Advanced Materials 1 篇，ACS Nano 2篇，Nano Letters 1篇，已圆满完成了该项目的既定研究目标。相关成果受到了广泛的关注，特别是我们2017年Nano Letters工作是国际上第一个关于拓扑半金属的光电探测器的研究工作，目前已经引用94次（Google Scholar）；2019年Nature Materials上发表的文章被选作封面文章。 .主要的研究成果有：.1）通过超快光谱技术研究新型量子材料体系中的光生载流子的动力学过程，包括拓扑狄拉克半金属费米面附近载流子的动力学过程，以及磁场下黑磷各向异性的动力学演化过程等；.2）通过太赫兹光谱技术研究拓扑半金属和低维半导体材料体系中的光生载流子动力学过程；.3）对拓扑狄拉克/外尔半金属中的光电转化过程和基于拓扑半金属材料的光电探测进行系统的研究，并申请了4项专利；.4）对其他量子材料体系进行光学表征，包括拓扑近藤绝缘体、黑磷/磷脂纳米复合体和无缝石墨烯p-n结制造的光电探测器等的光电特性研究。