拓扑绝缘体薄膜的应变增强光学吸收

拓扑绝缘体薄膜因拓扑表面态的强光学吸收和厚度依赖的带隙而成为光电子学的有前途材料。它们是 THz-红外光谱中光电探测器应用的优越候选者，潜在性能高于石墨烯。使用第一性原理 $k\cdot p$ 哈密顿量，纳入波矢 $k$ 中所有二阶、应变 $\epsilon$ 中一阶以及 $\epsilon k$ 阶的对称允许项，我们展示了应变显著改善光电子性能。对于可变厚度的 Bi$_2$Se$_3$ 薄膜，表面态带隙以及由此的光学吸收可通过施加单轴应变 $\epsilon_{zz}$ 有效调控，导致在 $\epsilon_{zz}\gtrsim 6\%$ 时带边吸收率发散。剪切应变破坏晶体对称性并导致吸收率随偏振方向显著变化。值得注意的是，吸收率的方向平均总是随应变增加，与材料参数无关。