Представлен обзор теоретических и экспериментальных достижений по фототокам в
полуметаллах Вейля трехмерных системах с линейной дисперсией, обладающих невырожденным
энергетическим спектром. Они были открыты и стали активно изучаться в последнее время,
привлекая большое внимание благодаря своим необычным электрическим и оптическим свойствам в
объеме и на поверхности и тому, что они расширяют представления топологической теории в физике
твердого тела. В таких системах в простейшей модели носители тока описываются эффективным
гамильтонианом, который имеет вид гамильтонана Вейля, используемого для описания нейтрино,
чем и обусловлено их название.
В полуметаллах Вейля замечательным образом ведет себя “циркулярный” фототок, то есть
электрический ток, появляющийся при поглощении света без приложения внешнего электрического
напряжения и меняющий свое направление на противоположное при смене знака круговой
поляризации света. А именно, при отсутствии плоскостей отражения циркулярный фототок
направлен вдоль момента фотона, и его темп генерации определяется, помимо напряженности
электрического поля волны, мировыми постоянными. Этот результат практически не меняется при
учете кулоновского взаимодействия, а для непрямых внутризонных оптических переходов в каждом
вейлевском узле универсальное значение принимает плотность циркулярного фототока [1].
Нелинейный по интенсивности циркулярный фототок зависит от соотношения времён
энергетической и импульсной релаксации фотоносителей и при больших интенсивностях нарастает
линейно по амплитуде световой волны.
Реальные полуметаллы Вейля TaAs, TaP, NbAs, NbP и Bi1−xSbx имеют точечную симметрию C4v
и C3v соответственно. Таким образом, в них присутствует зеркальная симметрия, при которой вклады
в циркулярный фототок от двух узлов Вейля, связанных отражением, в точности компенсируют друг
друга. Поэтому в направлении распространения света генерируется чисто долинный фототок.
Циркулярный электрический фототок может генерироваться в направлении поперёк момента фотона,
если свет распространяется перпендикулярно поворотной оси симметрии 3-его или 4-ого порядка [2].
Такой фототок микроскопически не может быть получен в рамках чисто вейлевского гамильтониана,
но обусловлен линейными по импульсу спин-независимыми поправками, приводящему к “наклону”
дисперсионных конусов. Установлено, что циркулярный фототок в полуметаллах симметрии C4v
отличен от нуля в модели с наклоном, если его энергетический спектр анизотропен в плоскости,
перпендикулярной оси C4. Однако наклон дисперсии приводит к фототоку лишь в ограниченной
области частот. Предложена альтернативная модель кубических по импульсу спин-зависимых
поправок к гамильтониану Вейля, приводящих к фототоку, нарастающему с частотой света [3].
Исследованы фототоки, индуцированные магнитным полем при неполяризованном оптическом
возбуждении, инвертирующие своё направлении при инверсии поля. В квантующих полях такой
фототок обусловлен прямыми переходами между одномерными магнитными подзонами
полуметаллов Вейля. Фототок максимален, если один из фотоносителей возбуждается в киральную
подзону с энергией, меньшей циклотронной. Учёт спин-независимого наклона спектра в магнитном
поле приводит к конверсии чисто долинного фототока в электрический. Релаксация
магнитоиндуцированного фототока обусловлена как рассеянием между узлами Вейля, так и
неупругими процессами [1,2].
