孙栋课题组与合作者在磁性外尔半金属材料Co3Sn2S2的甚长波红外光电响应机理研究取得进展
2025-12-31
近日，北京大学物理学院量子材料科学中心孙栋教授课题组与合作者中国科学院上海技术物理研究所黄志明研究员、中国科学院物理研究所刘恩克研究员等在磁性外尔半金属材料Co3Sn2S2的甚长波红外光电响应机理研究取得进展，相关研究成果以 “磁性外尔半金属Co3Sn2S2的甚长波红外光电流响应”（Very long wave infrared photocurrent response of magnetic Weyl semimetalCo3Sn2S2） 为题发表于《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）。
外尔半金属因其无带隙的电子结构和独特的拓扑特性，已成为宽带光电探测的有力候选材料，这些特性能够增强外尔半金属对低能量光子的光响应。其中，铁磁外尔半金属Co3Sn2S2表现出卓越的磁光响应，使其在甚长波红外探测领域尤其具有吸引力。
孙栋课题组利用扫描光电流显微技术，系统研究了Co3Sn2S2在典型的 14 微米甚长波红外激发下的光响应机制。结果揭示了在Co3Sn2S2中甚长波红外探测由双重光电流响应机制主导：在室温下，光电流主要源于接触界面处的热电效应，这是由于Co3Sn2S2与金属电极之间塞贝克系数的差异所致；而在100 K以下，光响应则来自于Co3Sn2S2样品边缘的反常光致能斯特效应，该效应将光电流分布推向样品边缘。此外，研究团队在低温下观测到光电流具有明显的圆偏振依赖性，这表明手性极化的外尔费米子产生了非平衡分布。该工作不仅阐明了Co3Sn2S2中热电效应与拓扑效应之间的相互作用，也证明了其在开发可调控的甚长波红外光电探测器方面的潜力，这类探测器能够同时利用热和磁自由度。
图1.Co3Sn2S2甚长波红外光电流响应表征 (a) Co3Sn2S2晶格结构。(b) 外尔点在布里渊区位置。(c) 沿（b）中直线所画方向能带示意图 （d）实验装置图 （e）器件光学照片 （f）器件室温响应 （g）响应原理示意图 （h）不同磁化方向下器件对不同圆偏光响应。
北京大学物理学院量子材料科学中心2018级博士研究生卓笑(已毕业)、博士研究生陈煜淳为该论文的第一作者，孙栋、黄志明、刘恩克为该论文的共同通讯作者。上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202502698