The Influence of Dimensionality on the Charge‐Density‐Wave Transition and its Application on Mid‐Infrared Photodetection

光探测 电荷密度波 响应度 光电流 材料科学 凝聚态物理 带隙 相变 太赫兹辐射 光电探测器 光电子学 红外线的 物理 光学 超导电性
作者
Jialin Li,Hua Bai,Yupeng Li,Junjian Mi,Qiang Chen,Wei Tang,Huanfeng Zhu,Xinyi Fan,Yunhao Lu,Zhu‐An Xu,Linjun Li
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:11 (15) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/adom.202300720
摘要

Abstract 2D charge density wave (CDW) materials receive much attention for high responsivity and broadband photodetection in recent years due to their collective electron transport and narrow bandgap. However, the high dark current density problem hinders their real application. Here, a sharp CDW transition in quasi‐1D (TaSe 4 ) 2 I is reported and applied for broadband photodetection. Especially at mid‐infrared region, the device shows both high photo responsivity of 1.18 ×10 3 A W −1 and large light on/off ratio of 80, which is superior to 2D CDW TaS 2 and most reported low‐dimensional materials. Such high performance relies on two aspects. One is the much lower dark current density resulting from the pseudo gap associated with 1D Luttinger liquid state, which is supported by finite size scaling of nonlinear I–V at variable temperatures and occurrence of 1D structural phase transition consolidated by in situ Raman spectroscopy. The other is the high photocurrent associated with the “Fröhlich superconductivity” state, manifested by an ultrasensitive switching, which can be only accessible in 1D CDW materials, in agreement with the authors’ density functional theory calculation. This work thus reveals the pivotal role of dimensionality in CDW phase transition and paves a way for implementing highly sensitive broadband photodetector.
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