使用2D / 3D钙钛矿异质结构晶体的偏振敏感光电检测

纳米技术时间戳：10年2021月10日39:XNUMX AM

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(a) 偏振光探测器的示意结构。 (b) 平行和垂直于界面的光电导率。 (c) 光电导各向异性与激发功率的关系。 (d) 零偏压下在 405 nm 处测量的角度分辨光电流与偏振角的函数关系。 (e) 一些报道的偏振光探测器的实验偏振比。 (f)在不同温度下测量的本装置的角度相关光电流。图片来源@科学中国出版社

摘要：
基于各向异性半导体的对偏振敏感的光电探测器在诸如天文学，遥感和偏振分复用等特殊应用中展现了广泛的优势。对于偏振敏感光电探测器的有源层，最近的研究集中在二维（2D）有机-无机杂化钙钛矿上，其中无机平板和有机间隔物交替排列在平行的层状结构中。与无机2D材料相比，重要的是，杂化钙钛矿的溶液可及性使其能够以低成本获得其大晶体，从而提供了令人振奋的机会，可将晶体面外各向异性纳入偏振敏感光检测。然而，受材料结构的吸收各向异性的限制，这种器件的偏振灵敏度仍然很低。因此，迫切需要一种新的策略来设计具有大各向异性的二维杂化钙钛矿用于偏振敏感的光检测。

使用2D / 3D钙钛矿异质结构晶体的偏振敏感光电检测

中国北京| 发表于4年2021月XNUMX日

异质结构为应对这一挑战提供了线索。一方面，异质结构的构建可以提高复合材料的光吸收和自由载流子密度。另一方面，异质结处的内置电场可以在空间上分离光生电子空穴对，从而大大降低了复合率，并进一步提高了偏振敏感光电探测器的灵敏度。因此，构造各向异性二维杂化钙钛矿的单晶异质结构将实现具有高偏振灵敏度的器件。

在北京《国家科学评论》上发表的一篇新研究文章中，中国科学院福建物质结构研究所的科学家将 2D 杂化钙钛矿与其 3D 对应物相结合，创建了一种 2D/3D 异质结构晶体；并实现具有创纪录高性能的偏振敏感光电检测。与之前的工作不同，基于异质结构晶体的器件刻意利用了二维钙钛矿的各向异性和异质结构的内置电场，从而首次演示了基于钙钛矿异质结构的偏振敏感光电探测器，该探测器无需外部操作即可工作能源供应。值得注意的是，该器件的偏振灵敏度超过了所有已报道的基于钙钛矿的器件；并且可以与传统的基于无机异质结构的光电探测器竞争。进一步的研究表明，异质结处形成的内置电场可以有效地分离这些光生激子，降低其复合率，从而提高偏振敏感光电探测器的性能。

“基于通过精密溶液法生长的单晶2D / 3D混合钙钛矿异质结构，在自驱动偏振敏感光电探测器中成功实现了高偏振敏感度，”作者声称，“这项创新研究拓宽了材料的选择范围可以用于高性能偏振敏感光电探测器，以及相应的设计策略。”

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该研究获得了国家自然科学基金，中国科学院前沿科学重点研究计划，福建省自然科学基金，中国科学院战略重点研究计划和青少年的资助中国科学院创新促进会。

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《国家科学评论》是中国第一本以英文发布的综合性学术期刊，旨在将中国迅速发展的科学家群体与全球科学技术前沿联系起来。该杂志的目的还在于使全世界的关注焦点聚焦于中国的科学研究进展。

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