Terahertz detectors have potential applications in various fields including security inspection, biomedicine, and noninvasive quality inspection due to their ability to detect terahertz radiation. However, traditional detection materials have reached their bottlenecks due to difficulties in the breakthrough of fundamental principles for terahertz light. In this work, a terahertz detector based on a NiTe2–graphene van der Waals heterostructure has been developed to inhibit the dark current and thermal-agitation noise at room temperature. The hetero-integration of NiTe2 and graphene exhibits enhanced photon-absorption ability and its downconversion into a direct current. The experimental results show that the peak photoresponsivity of our photodetector is 1.31 A W−1 at 0.28 THz, and the corresponding noise equivalent power is 17.56 pW Hz−1/2, which rivals commercially thermal-based photodetectors. Our device has already shown capabilities of large-area imaging, fast speed, and high signal-to-noise ratio, which can be rendered as an important step for exploring topological semimetal optoelectronics.

1.
R. R.
Hartmann
,
J.
Kono
, and
M. E.
Portnoi
,
Nanotechnology
25
,
322001
(
2014
).
2.
S. F.
Song
,
Laser Infrared Phys.
42
,
1367
(
2012
).
3.
H. B.
Liu
,
H.
Zhong
,
N.
Karpowicz
,
Y.
Chen
, and
X. C.
Zhang
,
Proc. IEEE
95
,
1514
(
2007
).
4.
K.
Kawase
,
Y.
Ogawa
,
Y.
Watanabe
, and
H.
Inoue
,
Opt. Express
11
,
2549
(
2003
).
5.
T.
Nagatsuma
,
G.
Ducournau
, and
C. C.
Renaud
,
Nat. Photonics
10
,
371
(
2016
).
6.
G. G.
Paschos
,
T. C. H.
Liew
,
Z.
Hatzopoulos
,
A. V.
Kavokin
,
P. G.
Savvidis
, and
G.
Deligeorgis
,
Sci. Rep.
8
,
10092
(
2018
).
7.
D.
Klocke
,
A.
Schmitz
,
H.
Soltner
,
H.
Bousack
, and
H.
Schmitz
,
Beilstein J. Nanotechnol.
2
,
186
(
2011
).
8.
T. F.
Zhang
,
Z. P.
Li
,
J. Z.
Wang
,
W. Y.
Kong
,
G. A.
Wu
,
Y. Z.
Zheng
,
Y. W.
Zhao
,
E. X.
Yao
,
N. X.
Zhuang
, and
L. B.
Luo
,
Sci. Rep.
6
,
38569
(
2016
).
9.
J.
Liu
,
F.
Xia
,
D.
Xiao
,
G. D. A.
Javier
, and
D.
Sun
,
Nat. Mater.
19
,
830
(
2020
).
10.
Y.
Ding
,
X.
Guo
,
D.
Kuang
,
X.
Hu
, and
Z.
Zang
,
J. Hazard. Mater.
416
,
126218
(
2021
).
11.
X.
Liu
,
X.
Tao
,
Y.
Li
,
Z.
Zang
,
X.
Peng
,
H.
Wei
,
W.
Zha
, and
W.
Feng
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
187
,
249
(
2018
).
12.
W.
Jing
,
Z.
Zang
,
Y.
Zhang
,
W.
Ming
,
J.
Du
, and
X.
Tang
,
Opt. Lett.
42
,
911
(
2017
).
13.
L.
Britnell
,
R. V.
Gorbachev
,
R.
Jalil
,
B. D.
Belle
,
F.
Schedin
,
M. I.
Katsnelson
,
L.
Eaves
,
S. V.
Morozov
,
N. M. R.
Peres
, and
J.
Leist
,
Science
335
,
947
(
2012
).
14.
S.
Mukherjee
,
S. W.
Jung
,
S. F.
Weber
,
C.
Xu
,
D.
Qian
,
X.
Xu
,
P. K.
Biswas
,
T. K.
Kim
,
L. C.
Chapon
,
M. D.
Watson
,
J. B.
Neaton
, and
C.
Cacho
,
Sci. Rep.
10
,
12579
(
2020
).
15.
C.
Xu
,
B.
Li
,
W.
Jiao
,
W.
Zhou
,
B.
Qian
,
R.
Sankar
,
N. D.
Zhigadlo
,
Y.
Qi
,
D.
Qian
,
F. C.
Chou
, and
X.
Xu
,
Chem. Mater.
30
,
4823
(
2018
).
16.
J.
Zhang
and
G. Q.
Huang
,
J. Phys.
32
,
205702
(
2020
).
17.
C.
Lee
,
X.
Wei
,
J. W.
Kysar
, and
J.
Hone
,
Science
321
,
385
(
2008
).
18.
F.
Schedin
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
E. W.
Hill
,
P.
Blake
,
M. I.
Katsnelson
, and
K. S.
Novoselov
,
Nat. Mater.
6
,
652
(
2007
).
19.
M. Z.
Hasan
and
C. L.
Kane
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
3045
(
2010
).
20.
Y.
Ren
,
Z.
Qiao
, and
Q.
Niu
,
Rep. Prog. Phys.
79
,
066501
(
2016
).
21.
A. A.
Burkov
,
Nat. Mater.
15
,
1145
(
2016
).
22.
F.
Fei
,
X.
Bo
,
P.
Wang
,
J.
Ying
,
J.
Li
,
K.
Chen
,
Q.
Dai
,
B.
Chen
,
Z.
Sun
,
M.
Zhang
,
F.
Qu
,
Y.
Zhang
,
Q.
Wang
,
X.
Wang
,
L.
Cao
,
H.
Bu
,
F.
Song
,
X.
Wan
, and
B.
Wang
,
Adv. Mater.
30
,
e1801556
(
2018
).
23.
Q.
Liu
,
F.
Fei
,
B.
Chen
,
B.
Wei
,
S.
Zhang
,
M.
Zhang
,
F.
Xie
,
M.
Naveed
, and
X.
Wan
,
Phys. Rev.
99
,
155119
(
2019
).
24.
K.
Jin
,
H.
Zhong
,
Y.
Li
,
F.
Yi
,
Y.
Zhang
,
F.
Li
,
C.
Liu
, and
Y.
Zhang
,
Adv. Quantum Technol.
3
,
2070073
(
2020
).
25.
J.
Shi
,
Y.
Huan
,
M.
Xiao
,
M.
Hong
,
X.
Zhao
,
Y.
Gao
,
F.
Cui
,
P.
Yang
,
S. J.
Pennycook
,
J.
Zhao
, and
Y.
Zhang
,
ACS Nano
14
,
9011
(
2020
).
26.
H. J.
Noh
,
J.
Jeong
,
E. J.
Cho
,
K.
Kim
,
B.  I.
Min
, and
B. G.
Park
,
Phys. Rev. Lett.
119
,
016401
(
2017
).
27.
A. K.
Geim
and
I. V.
Grigorieva
,
Nature
499
,
419
(
2013
).
28.
T.
Akamatsu
,
T.
Ideue
,
L.
Zhou
,
Y.
Dong
,
S.
Kitamura
,
Y. M. D.
Yang
,
M.
Onga
,
Y.
Nakagawa
, and
K.
Watanabe
,
Science
372
,
68
(
2021
).
29.
S.
Furuseth
,
K.
Delete
,
A.
Kjekshus
,
S.
Gronowitz
, and
A.
Westerdahl
,
Acta Chem. Scand.
19
,
257
(
1965
).
30.
V.
Nicolosi
,
M.
Chhowalla
,
M. G.
Kanatzidis
,
M. S.
Strano
, and
J. N.
Coleman
,
Science
340
,
1226419
(
2013
).
31.
A.
Rogalski
,
M.
Kopytko
, and
M. P.
Martyniuk
,
Appl. Phys. Rev.
6
,
021316
(
2019
).
32.
J.
Wang
,
H.
Fang
,
X.
Wang
,
X.
Chen
,
W.
Lu
, and
W.
Hu
,
Small
13
,
1700894
(
2017
).
33.
Y.
Zhang
,
Y.
Xu
,
C.
Tian
,
Q.
Xu
,
X.
Zhang
,
Y.
Li
,
X.
Zhang
,
J.
Han
, and
W.
Zhang
,
Photonics Res.
6
,
18
(
2018
).
34.
W.
Jiang
,
T.
Zheng
,
B.
Wu
,
H.
Jiao
,
X.
Wang
,
Y.
Chen
,
X.
Zhang
,
M.
Peng
,
H.
Wang
,
T.
Lin
,
H.
Shen
,
J.
Ge
,
W.
Hu
,
X.
Xu
,
X.
Meng
,
J.
Chu
, and
J.
Wang
,
Light
9
,
160
(
2020
).
36.
H.
Xu
,
F.
Fei
,
Z.
Chen
,
X.
Bo
,
Z.
Sun
,
X.
Wan
,
L.
Han
,
L.
Wang
,
K.
Zhang
,
J.
zhang
,
G.
Chen
,
C.
Liu
,
W.
Guo
,
L.
Yang
,
D.
Wei
,
F.
Song
,
X.
Chen
, and
W.
Lu
,
ACS Nano
15
,
5138
(
2021
).
37.
R.
Tauk
,
F.
Teppe
,
S.
Boubanga
,
D.
Coquillat
, and
W.
Knap
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
253511
(
2006
).
38.
H.
Xu
,
G.
Cheng
,
J.
Zhang
,
W.
Guo
,
C.-N.
Kuo
,
C. S.
Lue
,
W.
Hu
,
L.
Wang
,
G.
Chen
,
A.
Politano
,
X.
Chen
, and
W.
Lu
,
Small
15
,
1903362
(
2019
).
39.
B.
Saleh
and
M. C.
Teich
,
Fundamentals of Photonics
(
Wiley
,
2014
).
40.
M. M.
Furchi
,
A.
Pospischil
, and
F.
Libisch
,
Nano Lett.
14
,
4785
(
2014
).
41.
A.
Mircea
,
A.
Roussel
, and
A.
Mitonneau
,
Phys. Lett. A
41
,
345
(
1972
).
42.
N.
Clement
,
K.
Nishiguchi
,
A.
Fujiwara
, and
D.
Vuillaume
,
Nat. Commun.
1
,
92
(
2010
).
43.
L.
Zhang
,
Z.
Chen
,
K.
Zhang
,
L.
Wang
,
H.
Xu
,
L.
Han
,
W.
Guo
,
Y.
Yang
,
C.-N.
Kuo
,
C. S.
Lue
,
D.
Mondal
,
J.
Fuji
,
I.
Vobornik
,
B.
Ghosh
,
A.
Agarwal
,
H.
Xing
,
X.
Chen
,
A.
Politano
, and
W.
Lu
,
Nat. Commun.
12
,
1584
(
2021
).
44.
L.
Viti
,
A.
Politano
,
K.
Zhang
, and
M. S.
Vitiello
,
Nanoscale
11
,
1995
(
2019
).
45.
E.
Leong
,
J.
Ryan
,
A.
Suess
,
B.
Sushkov
, and
H.
Dennis
,
Opt. Express
25
,
12666
(
2017
).
46.
D.
Spirito
,
D.
Coquillat
,
S. L. D.
Bonis
,
A.
Lombardo
,
M.
Bruna
,
A. C.
Ferrari
,
V.
Pellegrini
,
A.
Tredicucci
,
W.
Knap
, and
M. S.
Vitiello
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
061111
(
2014
).
47.
H.
Qin
,
J.
Sun
,
S.
Liang
,
X.
Li
,
X.
Yang
,
Z.
He
,
C.
Yu
, and
Z.
Feng
,
Carbon
116
,
760
(
2017
).
48.
Z.
Dong
,
J.
Chen
,
Y. F.
Zhu
,
J.
Yang
, and
K.
Zhang
,
Chin. Opt.
13
,
1
(
2020
).
49.
L.
Wang
,
C.
Liu
,
X.
Chen
,
J.
Zhou
,
W.
Hu
,
X.
Wang
,
J.
Li
,
W.
Tang
,
A.
Yu
,
S.-W.
Wang
, and
W.
Lu
,
Adv. Funct. Mater.
27
,
1604414
(
2017
).
50.
L.
Wang
,
J.
Wang
,
C.
Liu
,
H.
Xu
,
A.
Li
,
D.
Wei
,
Y.
Liu
,
G.
Chen
,
X.
Chen
, and
W.
Lu
,
Adv. Funct. Mater.
29
,
1905057
(
2019
).
51.
L.
Zhang
,
Z.
Dong
,
L.
Wang
,
Y.
Hu
,
C.
Guo
,
L.
Guo
,
Y.
Chen
,
L.
Han
,
K.
Zhang
,
S.
Tian
,
C.
Yao
,
Z.
Chen
,
M.
Cai
,
M.
Jiang
,
H.
Xing
,
X.
Yu
,
X.
Chen
,
K.
Zhang
, and
W.
Lu
,
Adv. Sci.
8
,
2102088
(
2021
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.