Photodétection sensible à la polarisation à l'aide d'un cristal d'hétérostructure de pérovskite 2D/3D

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(a) Structure schématique du détecteur de lumière polarisée. (b) Photoconductivité parallèle et perpendiculaire à l'interface. ( c ) Anisotropie de photoconductivité en fonction de la puissance d'excitation. ( d ) Photocourant résolu en angle en fonction de l'angle de polarisation mesuré à 405 nm sous un biais nul. ( e ) Rapports de polarisation expérimentaux de certains détecteurs de lumière polarisée signalés. ( f ) Photocourant dépendant de l'angle du présent appareil mesuré à différentes températures. CRÉDIT @Science China Press

Résumé:
Les photodétecteurs sensibles à la polarisation, basés sur des semi-conducteurs anisotropes, ont présenté de larges avantages dans des applications spécialisées, telles que l'astronomie, la télédétection et le multiplexage par division de polarisation. Pour la couche active des photodétecteurs sensibles à la polarisation, des recherches récentes se concentrent sur les pérovskites hybrides organiques-inorganiques bidimensionnels (2D), où des plaques inorganiques et des espaceurs organiques sont alternativement disposés dans des structures en couches parallèles. Par rapport aux matériaux 2D inorganiques, il est important de noter que l'accessibilité à la solution des pérovskites hybrides permet d'obtenir leurs gros cristaux à faible coût, offrant des opportunités intéressantes d'incorporer une anisotropie hors plan des cristaux pour la photodétection sensible à la polarisation. Cependant, limitée par l'anisotropie d'absorption de la structure du matériau, la sensibilité de polarisation d'un tel dispositif reste faible. Ainsi, une nouvelle stratégie pour concevoir des pérovskites hybrides 2D avec une grande anisotropie pour la photodétection sensible à la polarisation est nécessaire de toute urgence.

Photodétection sensible à la polarisation utilisant un cristal d'hétérostructure pérovskite 2D / 3D

Pékin, Chine | Publié le 4 mai 2021

Les hétérostructures fournissent un indice pour relever ce défi. D'une part, la construction d'hétérostructures peut améliorer l'absorption optique et les densités de porteurs libres du composite. D'autre part, le champ électrique intégré à l'hétérojonction peut séparer spatialement les paires électron-trou photogénérées, réduisant considérablement le taux de recombinaison et améliorant encore la sensibilité des photodétecteurs sensibles à la polarisation. Par conséquent, la construction d'hétérostructures monocristallines de pérovskites hybrides 2D anisotropes permettrait de réaliser des dispositifs avec une sensibilité de polarisation élevée.

Dans un nouvel article de recherche publié dans la National Science Review basée à Pékin, des scientifiques de l'Institut de recherche sur la structure de la matière du Fujian, de l'Académie chinoise des sciences, créent un cristal d'hétérostructure 2D/3D, combinant la pérovskite hybride 2D avec son homologue 3D ; et réalisez une photodétection sensible à la polarisation avec des performances record. Différent des travaux précédents, les dispositifs basés sur le cristal d'hétérostructure exploitent délibérément l'anisotropie de la pérovskite 2D et le champ électrique intégré de l'hétérostructure, permettant la première démonstration d'un photodétecteur sensible à la polarisation basé sur l'hétérostructure pérovskite qui fonctionne sans avoir besoin d'un externe réserve d'énergie. Notamment, la sensibilité à la polarisation de l'appareil dépasse tous les appareils à base de pérovskite signalés ; et peut être compétitif avec les photodétecteurs conventionnels à base d'hétérostructure inorganique. D'autres études révèlent que le champ électrique intégré formé au niveau de l'hétérojonction peut séparer efficacement ces excitons photogénérés, réduisant leur taux de recombinaison et améliorant ainsi les performances du photodétecteur sensible à la polarisation résultant.

«Une sensibilité de polarisation élevée est obtenue avec succès dans un photodétecteur auto-piloté sensible à la polarisation basé sur une hétérostructure hybride pérovskite monocristalline 2D / 3D qui est cultivée via une méthode de solution délicate», affirme l'auteur, «Cette étude innovante élargit le choix des matériaux qui peuvent être utilisés pour les photodétecteurs sensibles à la polarisation de haute performance et, par conséquent, les stratégies de conception. »

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Cette recherche a reçu un financement de la National Natural Science Foundation of China, du Key Research Program of Frontier Sciences de l'Académie chinoise des sciences (CAS), de la Natural Science Foundation of Fujian Province, du Strategic Priority Research Program du CAS et de la jeunesse. Promotion de l'innovation de CAS.

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La National Science Review est la première revue scientifique complète publiée en anglais en Chine qui vise à relier la communauté de scientifiques en rapide évolution du pays aux frontières mondiales de la science et de la technologie. La revue vise également à mettre en lumière dans le monde entier les progrès de la recherche scientifique en Chine.

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