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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2411.12040 (cond-mat)
[提交于 2024年11月18日 ]

标题: 面向先进手性传感器:超薄拓扑绝缘体薄膜中的增强螺旋度依赖光电流

标题: Towards Advanced Chiral Sensors: Enhanced Helicity-Dependent Photocurrent in Ultrathin Topological Insulator Films

Authors:Mohammad Shafiei, Sahar Safavi Moayeri, Milorad V. Milošević
摘要: 手性是不对称结构的基本属性,在制药、生物和化学系统中起着关键作用,为筛选有机化合物提供了一种强大的工具。 虽然传统的光学手性检测器通常体积庞大且结构复杂,但拓扑绝缘体(TIs)为开发紧凑而灵敏的器件提供了有前途的平台——由于它们固有的手性。 然而,TIs中光响应的复杂相互作用可能会限制手性检测的最终准确性。 因此,我们在此分析控制TIs中光响应的潜在机制,并揭示增强手性依赖光电流(HDPC)的策略。 通过仔细分析竞争光响应的对称性和行为,我们表明可以有效消除不需要的贡献并隔离HDPC。 此外,我们发现HDPC在超薄TI薄膜中被强烈放大,并可以通过优化照明参数、传感器应变和/或背栅进一步增强。 因此,我们的研究结果为设计和优化微型化、高性能的TI手性检测器提供了路线图,有望在生物医学和材料科学中的手性分析领域带来革命性的变化。
摘要: Chirality, a fundamental property of asymmetric structures, plays a crucial role in pharmaceutical, biological and chemical systems, offering a powerful tool for screening organic compounds. While the conventional optical chirality detectors are often bulky and involuted, the topological insulators (TIs) offer a promising platform for developing compact yet sensitive devices - owing to their inherent chirality. However, the complex interplay of photoresponses in TIs can limit the ultimate accuracy of chirality detection. Therefore, we here analyze the underlying mechanisms governing the photoresponses in TIs and reveal strategies to enhance the helicity-dependent photocurrent (HDPC). By attentively analyzing the symmetries and behavior of competing photoresponses, we show that it is possible to effectively eliminate unwanted contributions and isolate the HDPC. Moreover, we reveal that HDPC is strongly amplified in ultrathin TI films, and can be further enhanced by optimizing the illumination parameters, sensor strain and/or back gating. Our findings thereby provide a roadmap for design and optimization of miniaturized, high-performance TI chirality detectors, with potential to revolutionize chiral analysis in biomedical and material sciences.
主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2411.12040 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2411.12040v1 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.12040
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Mohammad Shafiei [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2024 年 11 月 18 日 20:22:32 UTC (767 KB)
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