二维拓扑绝缘体，由于其一维边缘态存在与石墨烯类似的狄拉克锥型电子结构，一方面这些材料中也具备与石墨烯一样的高速和宽光谱光电响应特性；另一方面，受拓扑保护，电子在边缘态上传导过程中的背散射是完全禁止的，这些手性的边缘态能够实现无耗散的电子输运，在超低功耗、极低噪声的电子器件设计制造方面将有独特优势。但是目前研究二维拓扑材料光学和光电性能的挑战非常巨大，最主要的原因是光学相关的测量，其分辨率受限于光波的衍射极限，而边缘态往往存在于二维材料的一维边缘，其几何线度远远小于衍射极限，因此很难区分边缘和体的性质，基础研究的缺乏限制了它的实际应用开发。 本报告介绍以Bi4Br4为代表的一类拓扑材料，单层存在一维的拓扑边缘态，多层堆叠后，由于层间耦合较弱，该一维边缘态的基本性质在体材料的（100）面得以保留，因此提供了一个非常理想的材料平台用于研究一维拓扑边缘态的光学和光电响应特性和机制。本研究组用红外光谱和红外泵浦探测等手段研究了一维边缘态的光学性质和光生载流子动力学行为，发现边缘处在小于体带隙的波长范围内有明显的红外吸收，且其边缘态上的激发载流子寿命要比体内载流子寿命长两个量级，具有完全不同的弛豫机制。载流子长寿命的机制?能是手性的边缘态抑制了激发载流子的直接跃迁复合，而只能通过声学声子复合，但边缘态一维的特性又大大减少了用于复合的声学声子数量，最终导致边缘态上激发载流子的复合速度远低于体内。我们的研究为设计基于一维拓扑边缘态的新型红外探测原型器件提供材料学和物理学基础。 简介：韩俊峰，北京理工大学物理学院副教授，博士生导师。2006和2011年分别于北京大学物理学院获得学士和博士学位。曾在德国TU Darmstadt大学材料系（2007-2009年）和法国科学院材料研究所（2012-2014年）做访问学者和博士后。目前主要从事量子功能材料生长与物性分析、红外光电探测器、薄膜太阳能电池、生物传感器等方面的基础和应用研究工作，生长制备多种半导体薄膜材料，设计新型红外探测器结构，发展基于拓扑材料的生物传感器在核酸检测或抗原检测方面应用。主持和参与国家自然基金、科技部重点项目、国防重点项目、北京市重点项目等科研项目7项。已在国际知名SCI期刊发表论文80余篇，引用1200余次，担任多个国际期刊审稿人；多次在国际会议上做口头报告；授权国家发明专利9项；出版学术专著1本；获得北京市教学成果二等奖1项；2020年和2021年带领团队均获得互联网加创新创业大赛北京赛区二等奖。 |
