拓扑材料对圆偏振光子探测的增强

拓扑绝缘体（TI）是下一代光电子和光子器件的高度吸引力平台。拓扑表面态的自旋动量锁定增强了其非线性光学响应和灵敏度，尤其是对圆偏振光的响应。迄今为止，TI 中非线性响应的理论研究仅限于基于分析连续模型的微观计算，或利用基于密度泛函理论的哈密顿量的方法。本文通过采用非线性库克形式alism 计算 Bi$_2$Se$_3$ 中二阶非线性光导率，使用对称性启发的紧束缚模型，能够准确再现导带、价带和拓扑表面能带。我们的 методology 使我们能够研究注入电流与入射电场耦合的层分辨贡献。我们展示了该技术能够揭示设备工程如何修改非线性光学响应元素，例如通过打破镜像和时间反演对称性来改变圆光光电生理效应。我们发现，与实验结果一致，光电生理电流对场效应、费米能级、栅压和入射光能敏感。我们的计算得到的中波红外（mid-IR）灵敏度 $R \approx 0.169~\mathrm{\mu A/W}$ 与已报道的 TI 和固体 2D 材料光电探测器的灵敏度相当。我们进一步模拟了修改圆光光电生理效应的实验未探索的方法，例如将磁场近似置于 TI 表面材料的一侧，表明一种可实现光电子调谐的机制。