圖1. CdSb2Se3Br2/WSe2異質結實現(xiàn)可重構的高PR值偏振光探測器

近日，《先進材料》(Advanced Materials)期刊在線刊發(fā)了華中科技大學材料學院翟天佑教授和周興教授團隊的最新研究成果“亞晶格載流子躍遷實現(xiàn)具有可重構極性轉換功能的偏振光探測器”(In-Sublattice Carrier Transition Enabled Polarimetric Photodetectors with Reconfigurable Polarity Transition)。材料學院李東燕和李澤鑫為論文共同第一作者，周興教授和翟天佑教授為論文的共同通訊作者，材料學院、材料成形與模具技術全國重點實驗室為第一完成單位及唯一通訊單位。

偏振是除了振幅、頻率和相位以外光的一個重要屬性，它在成像、通信和導航等光學技術中至關重要。偏振成像技術在復雜環(huán)境中精確識別目標方面高效且可靠。然而，傳統(tǒng)的偏振計通常需要一系列復雜的光學結構來獲取和分析偏振信息，這阻礙了偏振計的小型化和超高密度集成。

近年來，具有本征低對稱結構和光學各向異性的二維材料，如黑磷、二硒化鈀、硒化鍺和碲等，在偏振敏感光電探測器中表現(xiàn)出了巨大的潛力。然而，由于這些器件的偏振比(PR)主要由本征各向異性光吸收引起的，導致大多數(shù)基于二維材料的偏振光電探測器的PR值小于10。此外，通過改變光的偏振來翻轉光電流的極性，可以為下一代具有更高分辨率的偏振成像開辟另一種途徑。研究人員已經提出了一些策略來實現(xiàn)偏振敏感的光電流翻轉，包括在半金屬或熱電材料上附加金屬納米天線和異質結構的柵極可調節(jié)能帶對齊。超材料依賴于非中心對稱超材料中的二階非線性效應來翻轉光電流的流動方向。盡管超材料可以實現(xiàn)可重構的PR值，但它受限于天線方向的嚴格設計和制造復雜性。異質結構的可調能帶對齊提供了一種簡化且成本效益高的實現(xiàn)光電逆轉的方法，但受到各向異性吸收和光電流調節(jié)不足的限制。

這項工作提出了一種基于CdSb2Se3Br2/WSe2異質結的偏振光電探測器，通過設計亞晶格載流子躍遷，實現(xiàn)了可重構的高PR值。CdSb2Se3Br2是由交替的CdBr2和Sb2Se3鏈組成的周期性亞晶格結構，其中亞晶格載流子躍遷更傾向于沿著Sb2Se3鏈進行。利用CdSb2Se3Br2/WSe2異質結中的亞晶格載流子躍遷，通過改變柵極電壓，可以各向異性地調節(jié)異質結的能帶對齊。因此，由于各向異性亞晶格載流子躍遷，異質結表現(xiàn)出偏振依賴的光誘導閾值電壓(Vth)漂移。有趣的是，顯著的Vth漂移提供了偏振光伏電流的符號反轉和可重構的PR值，從正(單極區(qū))到負(雙極區(qū))，涵蓋所有可能的數(shù)值(1→+∞/-∞→-1)。利用這種各向異性光伏效應，我們成功實現(xiàn)了柵極可調的偏振成像。該研究得到了國家自然科學基金等項目資助。

審核編輯 黃宇