Un semimetallo Weyl scoperto di recente offre la più grande conversione intrinseca della luce in elettricità di qualsiasi materiale, un team internazionale guidato da un gruppo di ricercatori del Boston College riferisce oggi sulla rivista Materiali della natura .

La scoperta si basa su un aspetto unico del materiale in cui gli elettroni possono essere separati dalla loro chiralità, o manualità, simile al DNA. I risultati possono offrire una nuova strada per la generazione efficiente di elettricità dalla luce, così come per il rilevamento termico o chimico.

"Abbiamo scoperto che l'arseniuro di tantalio semimetallico di Weyl, ha un colossale effetto fotovoltaico di massa, un intrinseco, o non lineare, generazione di corrente dalla luce più di dieci volte maggiore di quella mai raggiunta in precedenza, ", ha affermato il professore associato di fisica del Boston College Kenneth Burch, un autore principale dell'articolo, intitolato "Colossale effetto fotovoltaico di massa nel medio infrarosso in un semimetallo Weyl di tipo I".

"Inoltre questo è nel regime del medio infrarosso, il che significa che questo materiale può essere utilizzato anche per il rilevamento chimico o termico, così come il recupero del calore residuo, " ha aggiunto Burch.

Tipicamente, la luce viene convertita in elettricità creando un campo elettrico incorporato in un semiconduttore, disse Burch. "Ciò si ottiene attraverso la modulazione chimica, e si traduce in un limite superiore fondamentale per l'efficienza potenziale, noto come limite di Shockley-Queisser."

L'approccio alternativo adottato dal team ha esplorato lo sfruttamento della manualità degli elettroni nel materiale per generare intrinsecamente corrente continua attraverso la miscelazione non lineare delle onde di luce, disse Burch.

Questo approccio è stato in genere troppo piccolo per essere utile. Ma i ricercatori hanno recentemente realizzato che è strettamente connesso alle proprietà topologiche degli elettroni. Ciò ha indotto a prevedere che l'unico, Il comportamento simile al DNA degli elettroni nei semimetalli Weyl potrebbe produrre enormi effetti non lineari.

"Ci siamo concentrati sulla risposta se i semimetalli Weyl sono all'altezza delle previsioni di grandi, risposte non lineari intrinseche per generare corrente, " disse Burch, coautore dell'articolo con Philip Moll dell'Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, e Ni Ni dell'UCLA.

Ha aggiunto che il team è rimasto sorpreso dall'entità dell'effetto elettronico, che è stato provocato da un nuovo approccio di fabbricazione.

"La dimensione dell'effetto era molto più grande di quanto avessimo sognato, " ha detto Burch. "Un precedente gruppo del MIT ha scoperto che la loro risposta era dominata da termica, o estrinseco, termini, il nostro uso dei dispositivi fabbricati a fascio ionico focalizzato e della simmetria ci ha permesso di scoprire il colossale effetto fotovoltaico di massa a temperatura ambiente".

Burch ha affermato che il team sta lavorando per determinare il "punto debole" per l'effetto, in particolare qual è la configurazione ideale del dispositivo e la lunghezza d'onda della luce.