采用SnTe材料的超宽带非线性霍尔整流器

《Nature Nanotechnology》：Ultrabroadband nonlinear Hall rectifier using SnTe

基于SnTe薄膜拓扑晶格绝缘体的超宽带零偏置整流器，利用非线性霍尔效应实现高效射频能量收集，无需外部偏置，适用于物联网、6G和毫米波系统，并通过无线供电热敏电阻验证可行性。

　　

摘要

在物联网、6G通信和毫米波系统中，自供电电子产品的迅速发展对能够在超宽带频率范围内工作且输入功率极低的整流器提出了需求。然而，基于半导体结的传统整流器存在寄生电容和阈值电压等根本性限制，这阻碍了它们在宽带和环境射频条件下的有效运行。本文介绍了一种基于晶圆级（001）取向的拓扑晶体绝缘体SnTe薄膜中的非线性霍尔效应的超宽带零偏压整流器。这种材料具有高达约0.004 Ω?1 V?1的二阶电导率，远超其他晶圆级材料。非线性霍尔效应主要源于Berry曲率偶极子，这一点通过角分辨输运测量和第一性原理计算得到了证实。该器件能够在23 MHz至1 THz的频率范围内实现整流，在关键射频频段内的灵敏度可低至–60 dBm，且无需任何外部偏压。整流输出功率可以通过串联和并联阵列拓扑结构进行扩展，并可通过整流天线设计进一步增强。作为概念验证，我们利用收集到的射频能量成功为一个热敏电阻提供了无线供电，从而验证了这种材料平台和非线性霍尔效应在下一代能源自主微型系统中的潜力。