利用二维/三维钙钛矿异质结构晶体进行偏振敏感光探测

发布网友发布时间：2022-12-26 19:13

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热心网友时间：2023-09-27 11:12

(a)偏振光探测器原理结构。(b)平行于和垂直于界面的光电导率。(c)光电导各向异性与激发功率。(d)零偏置下在405 nm处测量的角度分辨光电流与偏振角的关系。(e)一些已报道的偏振光探测器的实验偏振比。(f)本器件在不同温度下测量的角度相关的光电流。来源:中国科学出版社

基于各向异性半导体的偏振敏感光电探测器在天文学、遥感和偏振分复用等特殊应用中具有广泛的优势。对于偏振敏感光电探测器的活性层，最近的研究主要集中在二维(2D)有机-无机杂化钙钛矿，其中无机板和有机间隔层交替排列成平行层状结构。与无机二维材料相比，重要的是，杂化钙钛矿的可溶性使其以低成本获得大晶体成为可能，为将晶体面外各向异性纳入偏振敏感光检测提供了令人兴奋的机会。然而，由于材料结构的吸收各向异性的*，这种器件的偏振灵敏度仍然很低。因此，迫切需要一种新的策略来设计具有大各向异性的二维杂化钙钛矿用于偏振敏感的光检测。

异质结构为解决这一挑战提供了线索。一方面，异质结构的构建可以提高复合材料的光学吸收和自由载流子密度。另一方面，异质结处的内建电场可以使光生电子-空穴对在空间上分离，显著降低了复合率，进一步提高了偏光敏感光电探测器的灵敏度。因此，构建各向异性二维杂化钙钛矿单晶异质结构可以实现高极化灵敏度的器件。

在北京《国家科学评论》上发表的一篇新的研究文章中，中国科学院福建物质结构研究所的科学家们创造了一种2D/3D异质结构晶体，将2D杂化钙钛矿与其3D对应物结合起来;并实现了超高性能的偏振敏感光检测。不同于以往的工作，基于异质结构晶体的器件故意利用二维钙钛矿的各向异性和异质结构的内置电场，允许首次展示不需要外部能量供应的基于钙钛矿异质结构的偏振敏感光电探测器。值得注意的是，该器件的极化灵敏度超过了所有报道的基于钙钛矿的器件;并且可以与传统的无机异质结构光电探测器竞争。进一步的研究表明，异质结处形成的内建电场可以有效地分离这些光致激子，降低它们的复合率，从而提高由此产生的偏振敏感光电探测器的性能。

“基于单晶2D/3D混合钙钛矿异质结构的自驱动偏振敏感光电探测器成功实现了高偏振灵敏度，该异质结构是通过一种精细的溶液方法生长的，”作者声称，“这项创新研究拓宽了可用于高性能偏振敏感光电探测器的材料选择，相应地，也拓宽了设计策略。”