利用飞秒激光改善铋薄膜质量的光电探测

来自中国科学院长春光学精密机械与物理研究所和北京大学的研究人员开发了一种用于超宽带光电探测器的拓扑绝缘体铋薄膜质量升级新技术。该研究发表在《光学快报》(Optics Express)上。

研究人员使用飞秒激光处理显著改善了铋薄膜的光电转换和载流子传输，这在以前限制了材料的光电性能。

铋是一种拓扑绝缘体，是一类具有独特特性的材料，例如无间隙边缘态和绝缘体态。这些特性使它们有望用于制造室温、宽带宽和高性能的光电探测器，这些探测器可以跨越紫外线到远红外甚至太赫兹范围。然而，铋薄膜通常具有高表面粗糙度和明显的晶界，这会影响光响应性，而光响应性是拓扑绝缘体超宽带光电探测器的关键因素。

为了克服这一挑战，研究人员使用飞秒激光处理来改变铋薄膜的表面形态和理化性质。

飞秒激光是一种有趣的方法，由于其超高峰值功率和超短持续时间的特性，可以在各种材料上提供非接触式高精度制造。通过调整脉冲能量和扫描速度等激光参数，研究人员能够将平均表面粗糙度降至10纳米以下，同时消除界面上的晶界。这导致载流子传输和光电转换的显着改善。

然后，研究人员在经过高效处理的铋薄膜的大表面积上以柱面聚焦条件制造了光电器件。他们测量了器件在从可见光到中红外 (MIR) 的不同波长光下的光响应性，发现与原始样品相比，激光处理的铋膜在超宽光谱范围内的光响应度增加了两倍，即使在室温下也是如此。

研究人员认为，该方法可进一步用于提高其他拓扑绝缘体的质量，从而促进其在超宽带光电探测领域的应用。他们还希望他们的工作能够激发更多关于飞秒激光加工调制拓扑量子材料的研究。

审核编辑 黄宇