Fotodetección sensible a la polarización utilizando cristal de heteroestructura de perovskita 2D/3D

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(a) Estructura esquemática del detector de luz polarizada. (b) Fotoconductividad paralela y perpendicular a la interfaz. (c) Anisotropía de fotoconductividad versus potencia de excitación. (d) Fotocorriente resuelta en ángulo en función del ángulo de polarización medido a 405 nm bajo polarización cero. (e) Relaciones de polarización experimentales de algunos detectores de luz polarizada notificados. (f) Fotocorriente dependiente del ángulo del presente dispositivo medida a diferentes temperaturas. CRÉDITO @Science China Press

Abstracto:
Los fotodetectores sensibles a la polarización, basados en semiconductores anisotrópicos, han mostrado amplias ventajas en aplicaciones especializadas, como astronomía, teledetección y multiplexación por división de polarización. Para la capa activa de fotodetectores sensibles a la polarización, las investigaciones recientes se centran en perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas bidimensionales (2D), donde las losas inorgánicas y los espaciadores orgánicos se disponen alternativamente en estructuras de capas paralelas. En comparación con los materiales 2D inorgánicos, lo que es más importante, la accesibilidad de la solución de las perovskitas híbridas permite obtener sus cristales grandes a bajo costo, lo que ofrece oportunidades interesantes para incorporar anisotropía fuera del plano de cristales para la fotodetección sensible a la polarización. Sin embargo, limitada por la anisotropía de absorción de la estructura del material, la sensibilidad a la polarización de dicho dispositivo permanece baja. Por lo tanto, se necesita urgentemente una nueva estrategia para diseñar perovskitas híbridas 2D con gran anisotropía para la fotodetección sensible a la polarización.

Fotodetección sensible a la polarización utilizando cristal de heteroestructura de perovskita 2D / 3D

Pekín, China | Publicado el 4 de mayo de 2021

Las heteroestructuras proporcionan una pista para abordar este desafío. Por un lado, la construcción de heteroestructuras puede mejorar la absorción óptica y las densidades de portadores libres del material compuesto. Por otro lado, el campo eléctrico incorporado en la heterounión puede separar espacialmente los pares de electrones y huecos fotogenerados, reduciendo significativamente la tasa de recombinación y mejorando aún más la sensibilidad de los fotodetectores sensibles a la polarización. Por lo tanto, la construcción de heteroestructuras monocristalinas de perovskitas híbridas 2D anisotrópicas daría lugar a dispositivos con alta sensibilidad a la polarización.

En un nuevo artículo de investigación publicado en la National Science Review con sede en Beijing, los científicos del Instituto de Investigación de Fujian sobre la Estructura de la Materia de la Academia de Ciencias de China crean un cristal de heteroestructura 2D / 3D, combinando la perovskita híbrida 2D con su contraparte 3D; y logre una fotodetección sensible a la polarización con un rendimiento récord. A diferencia del trabajo anterior, los dispositivos basados en el cristal de heteroestructura aprovechan deliberadamente la anisotropía de la perovskita 2D y el campo eléctrico incorporado de heteroestructura, lo que permite la primera demostración de un fotodetector sensible a la polarización basado en heteroestructura de perovskita que opera sin la necesidad de proveedor de energia. En particular, la sensibilidad de polarización del dispositivo supera a todos los dispositivos informados basados en perovskita; y puede ser competitivo con fotodetectores convencionales basados en heteroestructura inorgánica. Estudios posteriores revelan que el campo eléctrico incorporado formado en la heterounión puede separar eficientemente esos excitones fotogenerados, reduciendo su tasa de recombinación y, por lo tanto, mejorando el rendimiento del fotodetector sensible a la polarización resultante.

“La alta sensibilidad de polarización se logra con éxito en un fotodetector sensible a la polarización autoimpulsado basado en una heteroestructura de perovskita híbrida monocristalina 2D / 3D que se cultiva mediante un método de solución delicada”, afirma el autor, “Este estudio innovador amplía la elección de materiales que se puede utilizar para fotodetectores sensibles a la polarización de alto rendimiento y, en consecuencia, las estrategias de diseño ".

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Esta investigación recibió financiación de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Programa de Investigación Clave de Ciencias Fronterizas de la Academia de Ciencias de China (CAS), la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Fujian, el Programa de Investigación de Prioridad Estratégica de la CAS y la Juventud Promoción de la innovación de CAS.

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National Science Review es la primera revista académica integral publicada en inglés en China que tiene como objetivo vincular a la comunidad de científicos en rápido avance del país con las fronteras mundiales de la ciencia y la tecnología. La revista también tiene como objetivo destacar a nivel mundial los avances de la investigación científica en China.

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