近日，電子科學與工程學院、電子薄膜與集成器件國家重點實驗室齊靜波教授課題組與合作者一起，在國際著名期刊《Nature Communications》和《Physical Review Letters》上相繼發表相關研究成果，在太赫茲相關領域取得重要研究進展。

圖1：外爾半金屬中的時域太赫茲發射譜，改變入射飛秒激光的偏振態（不同圓偏振或線偏振）可以調控發射的太赫茲波性質，包括手性（用不同顏色代表）、橢偏性和強度

近年來，拓撲外爾半金屬因為其獨特的電子結構受到特別的關注，尤其是其中的圓偏振或線偏振光電效應（Circular or Linear Photogalvanic Effect）是未理解的現象之一。齊靜波教授課題組與合作者在拓撲外爾半金屬TaAs中發現了可調控的寬帶手性太赫茲波發射，并揭示了該發現與外爾物理間的深層次關系。

研究成果以《外爾半金屬TaAs中的手性太赫茲波發射》(“Chiral Terahertz Wave Emission from the Weyl Semimetal TaAs”)為題發表于國際著名學術期刊《Nature Communications》。課題組碩士研究生高羽為第一作者（電子科技大學為第一署名單位），齊靜波教授作為通訊作者設計和指導了整個研究項目。美國紐約石溪州立大學Mengkun Liu教授和Dmitri Kharzeev教授課題組為本工作提供了理論支持，兩位教授為論文的共同通訊作者。中科院物理所的翁紅明研究員提供了理論幫助。中科院物理所李治林博士提供了高質量單晶材料。

齊靜波教授課題組以典型的拓撲外爾半金屬TaAs為例，系統的研究了該材料中的超快光電流、太赫茲發射及調控機制。研究結果表明，超快光電流在時域上是具有手性的，手性的調控可以通過改變圓偏振或線偏振光電效應相關的電流來實現的，進而改變入射飛秒激光的偏振狀態會直接改變出射的太赫茲波的極化性質（線偏或橢偏）。實驗發現光子能量的變化也會改變光電流及太赫茲輻射強度，在近紅外波段達到最優值。

文中首次揭示了手性外爾費米子在傾斜的各向異性外爾錐和體帶之間的選擇性光學躍遷過程中，相對能帶速度發生巨大變化引起了圓偏光電效應相關的高強度超快非熱光電流，其強度依賴入射光的光子能量（?ω）。在近紅外光譜附近滿足關系：。該工作為利用量子材料制造手性光源提供了一個全新設計概念，并為利用外爾物理研發超快光電子器件開辟了新的道路。

圖2：費米面附近的手性外爾點在近紅外附近的圓偏振光光電效應中起的關鍵作用

基于稀土材料與錒系金屬化合物的f電子材料，在基礎科學和國防科研中都非常重要，由于有很多豐富的物理性質，如非常規超導，強熱電效應，奇異量子相變等，所以一直受到研究者的關注。這些奇異性質跟這類材料中電子能帶重整化，或形成所謂的重費米子態息息相關。齊靜波教授課題組與合作者通過超快光譜技術揭示了重費米子材料CeCoIn₅中電子能帶雜化演變過程，解決了目前該類體系中之前很多實驗觀察中的矛盾，同時指出了現有單雜質近藤效應（Kondo Effect）模型的缺陷。

研究成果以《CeCoIn₅中電子能帶雜化動力學的超快光譜研究》(“Hybridization Dynamics in CeCoIn₅ Revealed by Ultrafast Optical Spectroscopy”)為題發表于國際著名學術期刊《Physical Review Letters》。課題組博士研究生劉羽鵬為第一作者（電子科技大學為第一署名單位），齊靜波教授作為通訊作者設計和指導了整個研究項目。中科院物理所的楊義峰研究員課題組為本工作提供了理論支持，楊義峰研究員為論文的共同通訊作者。浙江大學的袁輝球課題組提供了高質量單晶材料。

齊靜波教授課題組以典型的重費米子體系CeCoIn₅為研究對象，利用超快光譜實驗手段系統地研究了液氦至常溫范圍內該體系中光激發載流子和集合激發的動力學。超快光學手段在不同的時間和空間尺度上探測到了準粒子的弛豫過程，進一步揭示了深層次的電子能帶雜化動力學。研究結果表明，在55 K(T*：相干溫度)以下時，材料的快弛豫過程隨著泵浦光功率密度變化有顯著變化，且隨著溫度上升變快。這意味著T*以下費米面附近能隙的打開，相干重費米子態的形成；在55 K(T*)以上時，快弛豫過程的速度不再隨泵浦功率密度變化，但仍然隨升溫變快直至120K（T†>>T*）后趨于飽和平緩。這里的T*與T†，分別與先前輸運實驗與ARPES實驗所得出的溫度非常一致。上述觀察到的溫度演化揭示了以下兩個物理過程：在T†以下時，電子能帶結構已經開始變化，出現了所謂的“雜化漲落”，體系進入“預雜化”的狀態；當溫度降至T*以下時，進一步進入相干重電子態，這時體系受到一個間接窄帶隙的保護。通過進一步的理論模型擬合，首次定量給出這個窄帶隙大小~8 meV~2 THz。這兩個物理過程統一解釋了之前其它實驗中得到的看似矛盾的結論。本工作也為理解重費米子體系中的物理機制提供了重要線索。

圖3：CeCoIn₅的泵浦-探測弛豫過程隨溫度及泵浦功率密度的變化

上述兩個工作得到國家自然科學基金委、廣東東莞核心科學技術前沿項目、和科技部重點研發計劃等項目的資助。

齊靜波教授2017年3月加入電子科技大學，其領導的課題組主要從事材料中的超快光譜和太赫茲譜研究，主要研究對象為拓撲、磁性、強關聯超導和重費米子等量子材料體系。近年來，該課題組在新型太赫茲發射機制探索、自旋載流子超快調控等研究方向上做出了很多開拓性的工作，相關結果發表在《Physical Review Letters》《Nature Communications》等國際著名期刊。