中国半导体十大研究进展候选推荐（2020-024）———拓扑半金属光晶体管的超灵敏室温长波探测研究
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工作简介
光电探测器是光电系统的核心，拓展红外光电子学往长波太赫兹领域发展是新一代无线通讯、物联网、智能传感、防御体系建设等的重要研究目标，并对探测器性能、集成化、功耗提出了更高的要求。传统半导体长波光电器件依赖于窄带隙材料或能带工程调控下的单粒子激发，需要深低温来抑制噪声或暗电流以获得足够的灵敏度，随着探测波长的增加面临着量子效率急剧下降的趋势，从而给光电系统带来集成、功耗等一系列问题，而这些问题的解决需要从新材料、新机制的基础创新出发寻求技术发展的内在动力。
近年来，拓扑量子物理的进步促使人们从时间、空间等多个微观维度来调控量子波函数的行为，在传统能带论之发展出新的拓扑物质态，其所蕴含的非寻常光电行为有望为新功能器件调控带来发展空间。
由此，中国科学院上海技术物理研究所王林、陈效双和陆卫研究团队提出从微观原子操控的角度出发来构造特定输运与光电特性，设计了具备C3V反演结构特征的第二类狄拉克半金属-碲化钯太赫兹探测器结构，通过诱导金属-材料界面产生电荷转移和电场局域化的协同作用，形成本征对称性破缺的photogalvanic直接光转换效应。在第二类狄拉克费米子体系大的态密度和优良输运性质下，产生大的二阶非线性光电流，从而实现低功耗的太赫兹长波光子的灵敏探测功能。由于拓扑半金属材料具备原子操控特性，可以对狄拉克或外尔费米子分布进行对称变换，从而实现无偏压的非线性光转换，研究团队发现这种太赫兹探测响应具有依赖于辐射偏振极化及材料晶轴取向的各项异性特征，特别在太赫兹长波范围具有高信噪比和高速的优势，室温等效噪声功率可小于2 pW/Hz0.5，并获得拓扑半金属器件的低功耗成像功能。
该研究工作揭示了拓扑阶效应所诱导的非寻常光电效应在多维度长波光子信息传感的巨大潜力，为原子对称操控的新型拓扑态调控及其非平衡光电转换机制的交叉研究奠定了新的思路，有望克服传统低能光子探测的面临技术瓶颈问题，将在新一代智能传感、通讯、成像等对太赫兹长波技术的重要需求中发挥巨大的潜力。
a, C3v反演对称保护的type-II狄拉克半金属太赫兹探测器; b, 费米面结构及电子-空穴费米包; c, 原子对称保护的直接光转换随偏振取向、电压变化; d, 原子对称保护的无偏压偏振光电流空间分布及光导效应；e, 太赫兹长波成像; f, 第二类狄拉克拓扑半金属本征偏振探测。
研究结果于2020年9月2日以 “Anisotropic ultrasensitive PdTe2-based phototransistor for room-temperature long-wavelength detection” 为题发表在Science Advances上。郭程博士为该论文的第一作者，王林、陈效双研究员和意大利拉奎拉大学Antonio Politano教授为该论文的共同通讯作者，研究工作也同时得到了南京大学万贤纲教授的合作支持。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然基金委、上海市科委以及启明星研究员计划等的大力支持。
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主要作者简介
2014年和2017年于东华大学分别获得学士学位和硕士学位；
2020年于中国科学院上海技术物理研究所获得工学博士学位；
2020年始任之江实验室、博士后。
研究方向为新型太赫兹探测器研究，近几年围绕新型热电材料与type-II狄拉克半金属材料、微纳加工与半导体工艺等，在新型光电器件和微纳光子学等方面开展研究工作。在国际学术期刊上已发表论文13余篇，获得中国科学院上海技术物理所隆文特别奖、三好学生，中国科学院院长奖等奖励。
陈效双研究员长期从事红外光电子材料与器件、人工光子微结构的研究工作，解决了半导体光电子材料物理和器件中许多复杂的问题，在包括Nat. Mater.，Nat. Commun.，Adv. Mater.，Phys. Rev. Lett.，PNAS, Nano Lett.，JACS等国际学术期刊上发表论文160 余篇，被SCI刊物他引8000 余次，授权和申请发明专利40 余项。
担任Scientific reports等多个SCI刊物编委，先后承担国家重点研发计划专项，国家自然基金重大和重点项目，上海市科委重大和重点项目多项，获上海市自然科学牡丹奖1 项，国家自然科学二等奖1 项（第2），上海市自然科学一等奖1 项（第2），国家科技发明奖二等奖1项(第4)和其它省部级科技进步奖4 项，获中国科学院优秀博士生导师奖和中国科学院优秀研究生指导教师。
王林研究员长期从事太赫兹探测材料与器件、二维电子体系的理论与实验研究工作，解决了探测器一系列工艺与理论的基础问题。近年来围绕拓扑量子及二维材料体系的长波光电现象、非平衡电子态的光电耦合操控等开展深入研究，在Sci. Adv.，Nano Lett.，Adv. Funct. Mater.，Adv. Sci.，Small等国际学术刊物发表论文60余篇，SCI他引800多次。曾担任Frontiers in Materials等刊物客座编辑，以及多个学术会议的程序委员会成员，在国内外学术会议做邀请报告10余次。主持国家基金面上、中科院人才基金及知识创新工程等多个项目，申请发明专利20余项，曾获得中科院院长特别奖、中科院优博以及上海市优秀成果奖(2016年)等。
Antonio Politano教授专注于层状量子材料的表面科学、拓扑量子材料和纳米光电材料的研究，曾在西班牙马德里自治大学马德里分校、马德里热那亚意大利技术研究所工作，获得意大利物理领域多项青年学者奖(如意大利物理学会奖以及意大利国家科学院的NEST奖），在Nat. Commun.，Nat. Mater.，Phys. Rev. Lett，Phys. Rev. B，Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater.，Nano Lett.等刊物发表论文160多篇，引用超过4000多次（H = 33）。
Antonio Politano教授长期担任刊物Nanomaterials副主编，多次举办意大利外交部的二维材料领域双边会议，被授予年轻研究人员三项大奖，并入选意大利材料科学与纳米科学顶级科学家名单。
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原文传递
详情请点击论文链接: https://advances.sciencemag.org/content/6/36/eabb6500
《半导体学报》简介：
《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文月刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。
2016年，JOS被ESCI收录。
2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。
“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：
《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：jos@semi.ac.cn，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。
JOSarXiv预发布平台简介：
半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。
JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！
半导体学报公众号
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