Un semi-métal Weyl récemment découvert offre la plus grande conversion intrinsèque de lumière en électricité de tous les matériaux, une équipe internationale dirigée par un groupe de chercheurs du Boston College rapporte aujourd'hui dans la revue Matériaux naturels .

La découverte est basée sur un aspect unique du matériau où les électrons peuvent être séparés par leur chiralité, ou la maniabilité - similaire à l'ADN. Les résultats peuvent offrir une nouvelle voie vers une production efficace d'électricité à partir de la lumière, ainsi que pour la détection thermique ou chimique.

"Nous avons découvert que l'arséniure de tantale semi-métal de Weyl, a un effet photovoltaïque en vrac colossal - un intrinsèque, ou non linéaire, génération de courant à partir de la lumière plus de dix fois plus importante que jamais réalisée auparavant, " a déclaré Kenneth Burch, professeur agrégé de physique au Boston College, un auteur principal de l'article, intitulé "Effet photovoltaïque en vrac dans l'infrarouge moyen colossal dans un semi-métal Weyl de type I."

"De plus, c'est dans le régime moyen infrarouge, ce qui signifie que ce matériau peut également être utilisé pour la détection chimique ou thermique, ainsi que la récupération de la chaleur perdue, " ajouta Burch.

Typiquement, la lumière est convertie en électricité en créant un champ électrique intégré dans un semi-conducteur, dit Burch. « Ceci est obtenu grâce à la modulation chimique, et aboutit à une limite supérieure fondamentale de l'efficacité potentielle, connue sous le nom de limite de Shockley-Queisser. »

L'approche alternative adoptée par l'équipe a exploré l'exploitation de la main des électrons dans le matériau pour générer intrinsèquement un courant continu via le mélange non linéaire des ondes lumineuses, dit Burch.

Cette approche a généralement été trop petite pour être utile. Mais les chercheurs ont récemment réalisé qu'il est étroitement lié aux propriétés topologiques des électrons. Cela a incité les prédictions que l'unique, Le comportement semblable à l'ADN des électrons dans les semi-métaux de Weyl pourrait produire d'énormes effets non linéaires.

« Nous nous sommes concentrés sur la question de savoir si les semi-métaux de Weyl sont à la hauteur des prédictions des grands, réponses non linéaires intrinsèques pour générer du courant, " dit Burch, co-auteur de l'article avec Philip Moll de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, et Ni Ni de UCLA.

Il a ajouté que l'équipe était surprise de l'ampleur de l'effet électronique, qui a été provoquée par une nouvelle approche de fabrication.

"La taille de l'effet était bien plus grande que ce que nous rêvions, " a déclaré Burch. " Un groupe précédent du MIT a découvert que sa réponse était dominée par le thermique, ou extrinsèque, termes, notre utilisation des dispositifs fabriqués par faisceau d'ions focalisé et de la symétrie nous a permis de découvrir l'effet photovoltaïque en vrac colossal à température ambiante. »

Burch a déclaré que l'équipe travaillait pour déterminer le "point idéal" pour l'effet, précisément quelle est la configuration idéale de l'appareil et la longueur d'onde de la lumière.