华中科技大学在偏振光电探测器领域取得新进展

近日，《先进材料》（Advanced Materials）期刊在线刊发了华中科技大学材料学院翟天佑教授和周兴教授团队的最新研究成果“亚晶格载流子跃迁实现具有可重构极性转换功能的偏振光探测器”（In-Sublattice Carrier Transition Enabled Polarimetric Photodetectors with Reconfigurable Polarity Transition）。材料学院李东燕和李泽鑫为论文共同第一作者，周兴教授和翟天佑教授为论文的共同通讯作者，材料学院、材料成形与模具技术全国重点实验室为第一完成单位及唯一通讯单位。

偏振是除了振幅、频率和相位以外光的一个重要属性，它在成像、通信和导航等光学技术中至关重要。偏振成像技术在复杂环境中精确识别目标方面高效且可靠。然而，传统的偏振计通常需要一系列复杂的光学结构来获取和分析偏振信息，这阻碍了偏振计的小型化和超高密度集成。近年来，具有本征低对称结构和光学各向异性的二维材料，如黑磷、二硒化钯、硒化锗和碲等，在偏振敏感光电探测器中表现出了巨大的潜力。然而，由于这些器件的偏振比（PR）主要由本征各向异性光吸收引起的，导致大多数基于二维材料的偏振光电探测器的PR值小于10。此外，通过改变光的偏振来翻转光电流的极性，可以为下一代具有更高分辨率的偏振成像开辟另一种途径。研究人员已经提出了一些策略来实现偏振敏感的光电流翻转，包括在半金属或热电材料上附加金属纳米天线和异质结构的栅极可调节能带对齐。超材料依赖于非中心对称超材料中的二阶非线性效应来翻转光电流的流动方向。尽管超材料可以实现可重构的PR值，但它受限于天线方向的严格设计和制造复杂性。异质结构的可调能带对齐提供了一种简化且成本效益高的实现光电逆转的方法，但受到各向异性吸收和光电流调节不足的限制。

图1. CdSb2Se3Br2/WSe2异质结实现可重构的高PR值偏振光探测器。

这项工作提出了一种基于CdSb2Se3Br2/WSe2异质结的偏振光电探测器，通过设计亚晶格载流子跃迁，实现了可重构的高PR值。CdSb2Se3Br2是由交替的CdBr2和Sb2Se3链组成的周期性亚晶格结构，其中亚晶格载流子跃迁更倾向于沿着Sb2Se3链进行。利用CdSb2Se3Br2/WSe2异质结中的亚晶格载流子跃迁，通过改变栅极电压，可以各向异性地调节异质结的能带对齐。因此，由于各向异性亚晶格载流子跃迁，异质结表现出偏振依赖的光诱导阈值电压（Vth）漂移。有趣的是，显著的Vth漂移提供了偏振光伏电流的符号反转和可重构的PR值，从正（单极区）到负（双极区），涵盖所有可能的数值（1→+∞/-∞→-1）。利用这种各向异性光伏效应，我们成功实现了栅极可调的偏振成像。

该研究得到了国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202407010