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上海技物所在低維材料紅外探測器件研究中取得進(jìn)展
2020年09月22日 08:37:57
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：5754
近日，上海技物所研究員團(tuán)隊(duì)提出了等離激元納米諧振腔非對稱集成的石墨烯紅外探測器件，揭示了該復(fù)合結(jié)構(gòu)器件高對比度非對稱光耦合的原理，驗(yàn)證了基于非對稱光耦合突破金屬-低維材料-金屬探測結(jié)構(gòu)的兩大瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)了泛光照射下顯著的自驅(qū)動(dòng)光響應(yīng)，超越常規(guī)的等離激元耦合光柵1個(gè)量級(jí)。
【化工儀器網(wǎng) 科技前沿】維數(shù)比三小的叫低維材料，具體來說包括二維、 一維和零維材料。由于這些材料晶體結(jié)構(gòu)的特異性，故而許多低維度材料有非常奇特的物理現(xiàn)象，如材料中的電子被限制在一維的線性鏈或二維的平面上做傳輸，因而他們的導(dǎo)電性會(huì)在某一(或二)晶格方向特別好，而在其他方向?qū)щ娦悦黠@較差。
低維材料憑借不同尋常的優(yōu)異光電特性引起了科研界廣泛的研究興趣，有望成為高性能探測器件的光敏材料。如今，常見的低維材料光電探測器件結(jié)構(gòu)就是金屬-低維材料-金屬的結(jié)構(gòu)。金屬-低維材料-金屬的器件結(jié)構(gòu)簡單，不影響材料本身的優(yōu)異特性，而且便于和不同的系統(tǒng)集成。
但這種器件有兩個(gè)主要問題，其一，在均勻的泛光照射下低維材料與兩端金屬的接觸結(jié)產(chǎn)生大小相近、方向相反的光電流；兩者互相抵消，使器件沒有凈的光響應(yīng)。采用異種金屬電極是一般的解決方案，但是制備異種金屬電極通常需要額外的工藝步驟，增加了制備復(fù)雜性，以及低維材料被污染、損壞的可能性。其二，低維材料尺度與光波長有較大差距，嚴(yán)重制約了光吸收效率，特別是低維材料與金屬接觸結(jié)的光吸收。
為解決這一難題，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所紅外物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周靖、陳效雙和陸衛(wèi)研究員團(tuán)隊(duì)提出了等離激元納米諧振腔非對稱集成的金屬-低維材料-金屬器件，并對其紅外光響應(yīng)進(jìn)行了研究。
近日，上海技物所研究員團(tuán)隊(duì)提出了等離激元納米諧振腔非對稱集成的石墨烯紅外探測器件，揭示了該復(fù)合結(jié)構(gòu)器件高對比度非對稱光耦合的原理，驗(yàn)證了基于非對稱光耦合突破金屬-低維材料-金屬探測結(jié)構(gòu)的兩大瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)了泛光照射下顯著的自驅(qū)動(dòng)光響應(yīng)，超越常規(guī)的等離激元耦合光柵1個(gè)量級(jí)。以常見的石墨烯為例，研究組把等離激元納米諧振腔與金屬-石墨烯-金屬的光探測結(jié)構(gòu)進(jìn)行非對稱集成，實(shí)現(xiàn)兩端石墨烯-電極交界處光響應(yīng)105倍的差距，以及泛光照射下器件整體的顯著凈響應(yīng)。
該研究成果將對我國金屬-低維材料-金屬器件的研究和利用起到推進(jìn)作用，或還有利于我國進(jìn)一步開發(fā)利用低維材料。
資料來源：上海技物所
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