Revue de la photonique basée sur les semi-métaux de Weyl

Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics And Physics, CAS

image : (a) Semi-métaux conventionnels, (b) Semi-métaux de Weyl.Voir plus

Crédit : par Cheng Guo, Viktar S. Asadchy, Bo Zhao et Shanhui Fan

Les semi-métaux de Weyl sont des matériaux topologiques dont les excitations à basse énergie obéissent à l'équation de Weyl. Dans un semi-métal de Weyl, les bandes de conduction et de valence se touchent en des points discrets de l'espace d'impulsion appelés nœuds de Weyl. Les nœuds de Weyl sont des monopoles de la courbure de Berry et sont robustes aux perturbations génériques. Les quasiparticules proches des nœuds de Weyl sont analogues aux fermions de Weyl en physique des hautes énergies ; ils présentent une dispersion linéaire et une chiralité bien définie.

Dans un nouvel article publié dans eLight, une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Shanhui Fan de l'Université de Stanford a passé en revue les concepts de base et les réponses optiques des semi-métaux de Weyl.

La topologie non triviale des semi-métaux de Weyl conduit à de nombreuses propriétés électroniques, magnétiques, thermiques et optiques inhabituelles. Ces caractéristiques intéressantes ont été largement étudiées dans la littérature. Outre ces intérêts fondamentaux, les semi-métaux de Weyl peuvent également ouvrir de nouvelles opportunités dans les applications pratiques. Par exemple, les applications photoniques comprennent les isolateurs et circulateurs optiques compacts, les détecteurs de moment cinétique orbital, la génération d'harmoniques d'ordre supérieur et les émetteurs thermiques non réciproques. Cependant, une telle exploration axée sur les applications en est encore à ses débuts, ce qui nécessite davantage d'efforts conjoints de la part des scientifiques et des ingénieurs.

Les semi-métaux de Weyl sont une classe spéciale de semi-métaux. Ils présentent des propriétés communes aux semi-métaux ainsi que des caractéristiques uniques. Selon la théorie des bandes, les solides peuvent être classés en isolants, semi-conducteurs, semi-métaux et métaux. Un isolant ou un semi-conducteur a une bande interdite entre les bandes de valence et de conduction ; la bande interdite est plus importante pour un isolant que pour un semi-conducteur. Un semi-métal a un chevauchement minimal entre les bandes de conduction et de valence et une densité négligeable d'états au niveau de Fermi. Un métal a une bande de conduction partiellement remplie et une densité d'états appréciable au niveau de Fermi.

Les chercheurs donnent leur avis sur les travaux futurs sur le sujet émergent de la photonique basée sur les semi-métaux de Weyl. Jusqu'à présent, la plupart des travaux sur les semi-métaux de Weyl se concentrent sur la nouvelle physique. Les ingénieurs ont d'énormes défis et opportunités pour rendre ces effets physiques pratiquement utiles.

Il existe de nombreuses opportunités, y compris la synthèse de semi-métaux Weyl de haute qualité et de grande surface et la fabrication de dispositifs photoniques basés sur des matériaux semi-métalliques Weyl. D'autres options incluent la conception de structures photoniques pour améliorer les interactions lumière-matière dans les semi-métaux de Weyl et la gestion des photons pour améliorer l'absorption de la lumière et les photocourants dans les semi-métaux de Weyl. En effet, de nombreux efforts doivent être entrepris pour construire des dispositifs pratiques à partir des semi-métaux de Weyl.

eLight

10.1186/s43593-022-00036-w

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