来自单质铋薄膜表面的可调室温非线性霍尔效应
介观与纳米尺度物理
2025-02-04 v1 材料科学
摘要
具有时间反演对称性的非线性霍尔效应(NLHE)表现为横向电压在施加电场中呈二次依赖。它是一种二阶电子输运现象,引起频率加倍,并出现在具有大贝里曲率的非中心对称晶体中——贝里曲率是一种编码电子波函数几何性质的 emergent 磁场。然而,基于 NLHE 的(光)电子器件设计受限于这一非线性效应通常出现在低温下以及以狄拉克或外尔电子为特征的复杂化合物中。在此,我们展示了在中心对称单质材料铋中以技术相关的多晶薄膜形式合成时,存在强烈的室温 NLHE。该材料的 () 表面电子配备有贝里曲率三重态,可激活侧跳和斜散射,产生非线性横向电流。我们还报道了在弧形铋条带中由于 NLHE 的外在几何经典对应物导致的零场非线性横向电压增强。这种弯曲几何中的电频率加倍随后扩展到太赫兹(THz)光谱范围内的光学二次谐波产生。表面态的强非线性电动力学响应进一步由我们在 Bi 和 Bi 基异质结构中在宽频率范围内实现的伴随的高效 THz 三次谐波产生所证明。结合在 CMOS 兼容和机械柔性衬底上生长的可能性,这些结果凸显了 Bi 薄膜在 THz(光)电子应用中的潜力。
引用
@article{arxiv.2310.15225,
title = {Tunable room temperature nonlinear Hall effect from the surfaces of elementary bismuth thin films},
author = {Pavlo Makushko and Sergey Kovalev and Yevhen Zabila and Igor Ilyakov and Alexey Ponomaryov and Atiqa Arshad and Gulloo Lal Prajapati and Thales V. A. G. de Oliveira and Jan-Christoph Deinert and Paul Chekhonin and Igor Veremchuk and Tobias Kosub and Yurii Skourski and Fabian Ganss and Denys Makarov and Carmine Ortix},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.15225},
year = {2025}
}
备注
44 pages, 21 figures