二维轴子绝缘体中的巨线偏振光生伏打效应与二次谐波产生
材料科学
2020-08-05 v1 介观与纳米尺度物理
计算物理
光学
摘要
二阶非线性光学(NLO)过程，如光生伏打效应和二次谐波产生(SHG)，在探测和控制光与物质相互作用以用于能源和器件应用方面起着关键作用。迄今为止，大多数二阶NLO过程的研究集中于空间反演对称性破缺的材料，如固有铁电体和中心反演对称破缺的Weyl半金属。然而，在中心反演对称晶体中，Shubnikov群的反演对称性可通过自旋有序而破缺。遗憾的是，这类材料较为少见，且其NLO响应通常较弱。结合量子微扰理论和第一性原理模拟，我们预测在一类新兴轴子绝缘体——表现出零平台量子反常霍尔(QAH)效应的偶数七层MnBi2Te4(MBT)材料中，存在巨大的注入电流光生伏打效应和SHG。其注入电流和SHG的幅度比广泛使用的铁电体(如BiFeO3和LiNbO3)大约两个数量级。此外，不同于通常在圆偏振光下观测到的注入电流，MBT的注入光电流仅在线偏振光下出现，便于器件应用。这些独特特性源于宇称-时间对称性、三重旋转对称性和显著自旋轨道耦合的联合效应。这些增强的NLO效应对于表征QAH系统中的细微拓扑序具有重要价值，也为基于磁性拓扑材料的新型红外光电探测器和光伏应用提供了思路。
引用
@article{arxiv.2003.01576,
title = {Giant linearly-polarized photogalvanic effect and second harmonic generation in two-dimensional axion insulators},
author = {Ruixiang Fei and Wenshen Song and Li Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.01576},
year = {2020}
}
备注
18 pages, 4 figures, 1 table