Polarisationsempfindliche Fotodetektion mit 2D/3D-Perowskit-Heterostrukturkristall

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(a) Schematischer Aufbau des Polarisationslichtdetektors. (b) Photoleitfähigkeit parallel und senkrecht zur Grenzfläche. (c) Anisotropie der Photoleitfähigkeit im Verhältnis zur Anregungsleistung. (d) Winkelaufgelöster Photostrom als Funktion des Polarisationswinkels, gemessen bei 405 nm unter Nullvorspannung. (e) Experimentelle Polarisationsverhältnisse einiger gemeldeter Detektoren für polarisiertes Licht. (f) Winkelabhängiger Photostrom des vorliegenden Geräts, gemessen bei verschiedenen Temperaturen. CREDIT @Science China Press

Abstract:
Polarisationsempfindliche Fotodetektoren auf der Basis anisotroper Halbleiter haben in speziellen Anwendungen wie der Astronomie, der Fernerkundung und dem Polarisationsmultiplex große Vorteile gezeigt. Für die aktive Schicht polarisationsempfindlicher Fotodetektoren konzentrieren sich neuere Forschungen auf zweidimensionale (2D) organisch-anorganische Hybridperowskite, bei denen anorganische Platten und organische Abstandshalter abwechselnd in parallelen Schichtstrukturen angeordnet sind. Im Vergleich zu anorganischen 2D-Materialien ermöglicht die Lösungszugänglichkeit von Hybridperowskiten vor allem die Herstellung ihrer großen Kristalle zu geringen Kosten, was spannende Möglichkeiten bietet, Kristallanisotropie außerhalb der Ebene für die polarisationsempfindliche Photodetektion zu integrieren. Aufgrund der Absorptionsanisotropie der Materialstruktur bleibt die Polarisationsempfindlichkeit einer solchen Vorrichtung jedoch gering. Daher ist eine neue Strategie zum Entwurf von 2D-Hybridperowskiten mit großer Anisotropie für die polarisationsempfindliche Photodetektion dringend erforderlich.

Polarisationsempfindliche Photodetektion mit 2D / 3D-Perowskit-Heterostrukturkristall

Peking, China | Gepostet am 4. Mai 2021

Heterostrukturen bieten einen Anhaltspunkt für die Bewältigung dieser Herausforderung. Einerseits kann der Aufbau von Heterostrukturen die optische Absorption und die freien Ladungsträgerdichten des Verbundwerkstoffs verbessern. Andererseits kann das eingebaute elektrische Feld am Heteroübergang die photogenerierten Elektron-Loch-Paare räumlich trennen, was die Rekombinationsrate erheblich verringert und die Empfindlichkeit polarisationsempfindlicher Photodetektoren weiter erhöht. Daher würde der Aufbau einkristalliner Heterostrukturen aus anisotropen 2D-Hybridperowskiten Geräte mit hoher Polarisationsempfindlichkeit realisieren.

In einem neuen Forschungsartikel, der im in Peking ansässigen National Science Review veröffentlicht wurde, erstellen Wissenschaftler des Fujian Institute of Research on the Structure of Matter der Chinesischen Akademie der Wissenschaften einen 2D/3D-Heterostrukturkristall, der den 2D-Hybrid-Perowskit mit seinem 3D-Gegenstück kombiniert; und erreichen Sie eine polarisationsempfindliche Fotodetektion mit rekordverdächtiger Leistung. Anders als in der vorherigen Arbeit nutzen auf dem Heterostrukturkristall basierende Geräte bewusst die Anisotropie von 2D-Perowskit und das eingebaute elektrische Feld der Heterostruktur und ermöglichen so die erste Demonstration eines polarisationsempfindlichen Fotodetektors auf Perowskit-Heterostrukturbasis, der ohne die Notwendigkeit externer Geräte funktioniert Energieversorgung. Bemerkenswert ist, dass die Polarisationsempfindlichkeit des Geräts alle gemeldeten Geräte auf Perowskitbasis übertrifft; und kann mit herkömmlichen anorganischen Heterostruktur-basierten Fotodetektoren konkurrenzfähig sein. Weitere Studien zeigen, dass das am Heteroübergang gebildete eingebaute elektrische Feld diese photogenerierten Exzitonen effizient trennen kann, wodurch ihre Rekombinationsrate verringert und somit die Leistung des resultierenden polarisationsempfindlichen Photodetektors verbessert wird.

„Eine hohe Polarisationsempfindlichkeit wird erfolgreich in einem selbstgesteuerten polarisationsempfindlichen Fotodetektor erreicht, der auf einer einkristallinen 2D/3D-Hybrid-Perowskit-Heterostruktur basiert, die über eine empfindliche Lösungsmethode gezüchtet wird“, behauptet der Autor. „Diese innovative Studie erweitert die Auswahl an Materialien.“ die für leistungsstarke polarisationsempfindliche Fotodetektoren verwendet werden können, und entsprechend die Designstrategien.“

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Diese Forschung wurde von der National Natural Science Foundation of China, dem Key Research Program of Frontier Sciences der Chinese Academy of Sciences (CAS), der Natural Science Foundation der Provinz Fujian, dem Strategic Priority Research Program der CAS und der Youth finanziert Innovationsförderung von CAS.

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Über Science China Press
Die National Science Review ist die erste umfassende wissenschaftliche Zeitschrift in englischer Sprache in China, die darauf abzielt, die schnell wachsende Wissenschaftsgemeinschaft des Landes mit den globalen Grenzen von Wissenschaft und Technologie zu verbinden. Die Zeitschrift möchte auch einen weltweiten Einblick in die Fortschritte der wissenschaftlichen Forschung in ganz China geben.

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