福建物構(gòu)所單晶異質(zhì)結(jié)偏振光探測研究獲進(jìn)展

偏振光電探測在近場成像、遙感、光學(xué)開關(guān)、高分辨探測和通信等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，二維有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)各向異性和優(yōu)異的半導(dǎo)體性能，在偏振光電探測方面展現(xiàn)出潛力。然而，受其光學(xué)各項(xiàng)異性的限制，在二維有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦材料中實(shí)現(xiàn)高偏振特性的光探測仍具有挑戰(zhàn)性。

中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“無機(jī)光電功能晶體材料”研究員羅軍華團(tuán)隊(duì)通過發(fā)展一種“異質(zhì)結(jié)構(gòu)筑”策略，設(shè)計(jì)并生長出一類新型的二維/三維雜化鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)晶體(4-AMP)(MA)2Pb3Br10/MAPbBr3（MA=甲胺；4-AMP=4-氨甲基哌啶），并首次將該材料體系應(yīng)用于偏振光電探測的研究。研究發(fā)現(xiàn)，由于(4-AMP)(MA)2Pb3Br10與MAPbBr3兩相間的電荷轉(zhuǎn)移，在異質(zhì)結(jié)晶體界面處產(chǎn)生了強(qiáng)內(nèi)建電場。在此內(nèi)建電場的驅(qū)動(dòng)下，該異質(zhì)結(jié)晶體表現(xiàn)出高效偏振光電探測性能，其偏振比高達(dá)~17。此偏振比超過了依賴結(jié)構(gòu)各項(xiàng)異性的二維純相無機(jī)有機(jī)雜化鈣鈦礦材料（~2）。異質(zhì)結(jié)的內(nèi)建電場可抑制載流子的復(fù)合，為載流子分離/傳輸提供了有效的驅(qū)動(dòng)力，是獲得高偏振靈敏度的主要原因。此外，該單晶異質(zhì)結(jié)偏振光電探測器還具有大的光暗電流開關(guān)比（~10?）和高探測率（~101?）。

2D/3D雜化半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)實(shí)現(xiàn)高偏振比光探測

上述結(jié)果說明，該“異質(zhì)結(jié)構(gòu)筑”策略取得了1+1＞2的效果，為設(shè)計(jì)高偏振特性的光電探測材料開辟了新途徑，同時(shí)進(jìn)一步拓展了無機(jī)有機(jī)雜化鐵電材料在智能光電器件中的應(yīng)用。相關(guān)研究成果發(fā)表在《國家科學(xué)評論》（Natl. Sci. Rev. 2021）上，中國科學(xué)院大學(xué)博士研究生張馨元為論文第一作者。研究工作獲得國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家杰出青年基金、中科院基礎(chǔ)前沿0-1原始創(chuàng)新項(xiàng)目和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的資助。

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