近日，上海技物所王林、陳效雙、陸衛(wèi)研究團(tuán)隊(duì)和東華大學(xué)、意大利拉奎拉大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)共同合作，通過精確操控第二類狄拉克費(fèi)米子態(tài)誘導(dǎo)布洛赫自旋電子單向散射，實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)傳遞，相關(guān)成果以“High-frequency rectifiers based on type-II Dirac fermions”（DOI: 10.1038/s41467-021-21906-w）為題發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）雜志。

　　微電子芯片類似于一個(gè)“足球場(chǎng)”，如果把電子比喻成足球，信息交換主要依賴于電子點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的快速傳輸、存儲(chǔ)與處理，但是電子受到阻礙會(huì)產(chǎn)生功耗、熱耗散等。隨著信息技術(shù)發(fā)展，預(yù)計(jì)6G智能應(yīng)用場(chǎng)景所需的高數(shù)據(jù)速率將進(jìn)入太比特每秒（Tbps）的水平。喜歡看足球的人都知道，“香蕉球”能夠一邊飛行一邊自轉(zhuǎn)，巧妙繞過人墻，以刁鉆角度入網(wǎng)。如果能夠改變電子的直線傳輸方式，借助于類似“香蕉球”的電子自旋地傳遞，那么電子傳輸有可能繞過障礙物實(shí)現(xiàn)電子能量轉(zhuǎn)化，將在低功耗和高能效水平下展現(xiàn)出更多的信息存儲(chǔ)、更快的信息交互和處理。 

　　研究人員通過自旋極化角分辨光電子能譜(spin-ARPES)實(shí)驗(yàn)給出電子在自旋(s)、能量(E)、動(dòng)量(k)三個(gè)維度詳細(xì)信息，在NiTe₂材料表面觀察到自旋態(tài)電子的分布。當(dāng)交變的電磁波作用在這些自旋的電子后，受電磁力的作用自旋電子會(huì)產(chǎn)生的周期性振蕩，形成手性Bloch電子態(tài)。這些電子好比于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上 “高速旋轉(zhuǎn)的球”，當(dāng)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向相反且自旋方向也相反的電子遇到晶格散射場(chǎng)力作用時(shí)，每個(gè)自旋電子都會(huì)出現(xiàn)類似“香蕉球”一樣地反射并朝著同一個(gè)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即在宏觀上產(chǎn)生橫向方向上的直流電。即使在高于太赫茲 (1THz=10¹²Hz) 的頻率下，依然顯示出高達(dá)251 mA W^-1的室溫太赫茲靈敏特性，實(shí)現(xiàn)寬波段工作、較高的動(dòng)態(tài)范圍和高分辨太赫茲成像通訊功能。這種自旋電子的“香蕉球”運(yùn)動(dòng)改變了傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息傳遞方式，通過光場(chǎng)同時(shí)操縱電子自旋和電荷來進(jìn)行超高速率和極低功耗的信息處理，為探索新型太赫茲光電物理和高靈敏度應(yīng)用提供新思路。

　　博士研究生張力波為該論文的第一作者，上海技物所王林啟明星研究員、陳效雙研究員、意大利拉奎拉大學(xué)Antonio Politano教授和東華大學(xué)邢懷中教授為該論文的共同通訊作者。該工作同時(shí)得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然基金委、上海市科委以及啟明星研究員計(jì)劃等的大力支持。