近日，中国科学院上海技术物理研究所红外科学与技术全国重点实验室胡伟达、陈效双、陆卫研究团队，联合中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张凯研究员团队在反铁磁半金属弱局域增强的太赫兹探测取得突破，采用密度泛函理论和ARPES技术揭示了NbFeTe2中反相磁矩与电子自旋相互作用的物理过程以及反铁磁诱导Anderson局域化的微观机理，观察到载流子跳变诱导器件太赫兹响应率随温度降低的非线性增强现象，为针对不同应用场景下的宽温区高性能太赫兹探测器设计提供了新的视角。研究成果以“Antiferromagnetic semimetal terahertz photodetectors enhanced through weak localization”为题，发表在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上。
研究团队利用NbFeTe2中的载流子在由反铁磁磁矩与电子自旋之间相互作用产生的局域态之间的跳变行为，设计了一系列针对不同应用场景的太赫兹探测器。实验结果表明在载流子跳变温区内（77~200 K），器件响应率随温度降低呈现非线性增加趋势。当非对称天线为材料提供足够的塞贝克电势后，载流子可以越过局域态势垒重新排序，实现室温太赫兹性能的突破。此外，NbFeTe2/石墨烯异质结的自驱动性能通过内建电场得以优化，达到了220 V W-1的峰值灵敏度和小于20 pW Hz-1/2的噪声等效功率。这些结果揭示了反铁磁半金属在大面积、高速成像应用中的潜力。
该研究得到了先导专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个项目支持，博士生王东为论文第一作者，王林研究员和王芳副研究员为论文共同通讯作者。（来源：中国科学院上海技术物理研究所）
局域化物理模型以及器件在不同载流子输运模式下的太赫兹响应
相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55426-0
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