上海技物所在低維材料紅外探測器件研究中取得進展
【化工儀器網 科技前沿】維數比三小的叫低維材料，具體來說包括二維、 一維和零維材料。由于這些材料晶體結構的特異性，故而許多低維度材料有非常奇特的物理現象，如材料中的電子被限制在一維的線性鏈或二維的平面上做傳輸，因而他們的導電性會在某一(或二)晶格方向特別好，而在其他方向導電性明顯較差。
低維材料憑借不同尋常的優異光電特性引起了科研界廣泛的研究興趣，有望成為高性能探測器件的光敏材料。如今，常見的低維材料光電探測器件結構就是金屬-低維材料-金屬的結構。金屬-低維材料-金屬的器件結構簡單，不影響材料本身的優異特性，而且便于和不同的系統集成。
但這種器件有兩個主要問題，其一，在均勻的泛光照射下低維材料與兩端金屬的接觸結產生大小相近、方向相反的光電流；兩者互相抵消，使器件沒有凈的光響應。采用異種金屬電極是一般的解決方案，但是制備異種金屬電極通常需要額外的工藝步驟，增加了制備復雜性，以及低維材料被污染、損壞的可能性。其二，低維材料尺度與光波長有較大差距，嚴重制約了光吸收效率，特別是低維材料與金屬接觸結的光吸收。
為解決這一難題，中國科學院上海技術物理研究所紅外物理國家重點實驗室周靖、陳效雙和陸衛研究員團隊提出了等離激元納米諧振腔非對稱集成的金屬-低維材料-金屬器件，并對其紅外光響應進行了研究。
近日，上海技物所研究員團隊提出了等離激元納米諧振腔非對稱集成的石墨烯紅外探測器件，揭示了該復合結構器件高對比度非對稱光耦合的原理，驗證了基于非對稱光耦合突破金屬-低維材料-金屬探測結構的兩大瓶頸問題，實現了泛光照射下顯著的自驅動光響應，超越常規的等離激元耦合光柵1個量級。以常見的石墨烯為例，研究組把等離激元納米諧振腔與金屬-石墨烯-金屬的光探測結構進行非對稱集成，實現兩端石墨烯-電極交界處光響應105倍的差距，以及泛光照射下器件整體的顯著凈響應。
該研究成果將對我國金屬-低維材料-金屬器件的研究和利用起到推進作用，或還有利于我國進一步開發利用低維材料。
資料來源：上海技物所
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