《自然?材料》报道刘晶及合作者对拓扑光电探测的展望:基于半金属的高性能光电探测
本站讯(通讯员 刘晶) 近日,天津大学精密仪器与光电子工程学院微纳测试课题组刘晶副教授以“天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室,精密仪器与光电子工程学院”为第一单】位,与合作者美国耶鲁大学Fengnian Xia教授、美国卡耐基梅隆大学Di Xiao教授、西班牙巴塞罗那科学与技术学院F.Javier García de Abajo教授和北京○大学孙栋教授,在国际刊物《自然-材料》(Nature Materials)上发表前瞻性文章,介绍基于半金属拓扑材料的高性能中远红外光电探测的挑战和机遇。
光电探测器是现代通信和传感系统中重要的光电子器件,与我们的日常生活息息相关。在可见光和近红外光波段,基于第一代和第二代半导体材料技术与工艺的商用光电探测器已经实现了高性能、高集成度和低廉的制造成本。目前,光电探测器的主要瓶颈在于探测中远红外波段的电磁辐射。虽然该波段的光电探测▆器在诸多关键应用领域有广泛的应用,如自动驾驶、夜视仪、精确运动感应、遥感,无损检测等等,但是现有的商用中远红外探测器要么制造成本高,难以实现高集成度,需要在低温下运行,要么响应速度非常慢,难以满足新涌现出来的应用需求,如高通量红□ 外光谱仪和高速成像系统等。
目前中长波光电探测的技术瓶颈主要受困于半导体材料的固有局限。中长波低能量光子的探测依赖于窄带隙半导体材料,而带隙的减小带来了室温下暗噪声的困扰。近十年来,科研人员尝试使用半金属材料替代窄带半导体材料用于中长波的光电探测,在低能耗,宽谱,高速响应等诸多方面展示了半导体材料无可比拟的优势。但是基于半金属材料的光电探测器为了避免暗电流需要在无偏置条件下工作,一直存在响应度低的关键性能缺陷,限制了其进一步发展。
图一:半导体vs.半金属光电探测。a. 偏置条件下的半导体PIN探测器,只有当光子能量大于带隙时光子可以被吸收并被探测到。b.半导体材料中光生载流子的产生和复合。典型的电子空穴复合时间在纳秒量级。c.基于半金属的无偏置插指电极探测器。因为没有带隙,对于吸收和探测光的波长没有限制。D. 半金属材料中光生载流子的产生和复合。因为可以通过电子电子散射复合,典型的复合时间在皮秒量级。
开发高性能光电探测器一直是刘晶课题组的重要研究方向。近些年,该课题组将二维层状纳米半导体、半金属材料应用于光电探测领域,并通过构建新型器件结构等方法,大大提高了探测器的响应度。这些工作为基于拓扑半金属的光电探测器打下了基础。在这篇刚发表在《自然-材料》的文章中,刘晶和〇合作者分析探讨了半导体材料和半金属材料作为光电探测材料的优势和局限,总结了过去十多年时间里,基于半金属材料的光电探测方面取得的进展并重点论述了仍待解决的关键问题及其背后的物理原因。文章的重点是论述通过引入拓扑半金属材料和拓扑效应到光电探测对中长波光电探测器领域可能带来的改变,详细分析了拓扑光电探测领域在去年取得关键突破之后,未来需要解决的关键问题和难点,并展望了未来在新材料,新器件结构中利用特殊的拓扑效应来解决这些问题的技术路径,为“拓扑光电探测”这个领域的未来研究工作描绘了的充满希望的发展前景。
图二:基于半金属的光电探测器未来发展机遇。利用新的拓扑材料,设备结构,拓扑效应和量子自由度(从左到右,从上到下)进一步的提升基于半金属的光电探测器的性能。每个面板中均列出了示例性可能性,其中一些可能性放置在两个面板的边界以指示联合可能性。
该前瞻性文章于2020年7月6日在线发表在Nature Materials网站(https://www.nature.com/articles/s41563-020-0715-7 DIO: 10.1038/s41563-020-0715-7)。这项工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划≡的支持。
(编辑 焦徳芳 倪侃)
未经允许不得转载:二九年华大学门户 » 《自然?材料》报道刘晶及合作者对拓扑光电探测的展望:基于半金属的高性能光电探测
相关推荐
- 天津大学代表中央定点扶贫单位在甘肃省深度贫困地区脱贫攻坚现场推进会汇报经验做法
- 天津大学举办“青苗工程”2019届赴基层就业毕业生培训班
- 天津大学代表↑队包揽2019年天津市教职工气排球比赛男子组及女子组冠军
- 中国青年网:天津大学学生晒“云课堂”学习笔记,让人看后极度舒适!
- 天津大学举行2020年招生工作动员会暨2019年总结表彰大会
- 科技日报头版:“腊八蒜”里发现三种新型活性肽
- 天津大学入选第二批全国党建工作示范高校
- 第十三届全国土力学及岩土工程学术大会在天津开幕
- 天大发布2019年招生章程」 计划招收本科生4950人
- 天津大学首批19个专业全部获批 国家级一流本科专业建设点
- 学习强国:天津大学王宪全:攻坚克难,取得关键技术创新突破
- 中国教育报:课程创新设置 激发学生创意 天津大学首个新工科人才培养校级平台开课
- 人民网:孙兰英:深刻理解五个“要抓好”不断把党建设得更加坚强有力
- 【2019迎新】新生代表孔俊颖、孔赛颖在本科生开学典礼上发言
- 天津大学召开“不忘初心、牢记使命”主题教育领导小组工作(扩大)会议暨▃主题教育中期推动会
- 天津大学召开2019年度院级↓党组织书记抓基层党建工作述职评议及机关部门述职述廉测评会
- 第四届APEC可持续城市研讨会在菲律宾马尼拉召开
- 中国青年报:把国产大飞机々的“心脏”护在手里
- 习近平:坚持中国特色社会主义教育发展道路 培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人
- 【校报特稿】用青春和热血 谱写抗疫战歌——天大学子以各种形式投身抗疫纪实
新闻公告
- 天津日报:天大教师荣获 “全国青年岗位能手标兵” 07-11
- 中共天津大学委员会十届七次全体(扩大)会议召开 07-11
高考招生
- 天津大学2018年招生章程 08-05
- 天津大学2015年招生章程 08-05
- 天津大学2016年招生章程 08-05
- 天津大学2017年招生章程 08-05
- 天津大学2012年全日制本科△招生章程 08-05
- 天津大学2013年招生章程 08-05
- 天津大学2011年全日制本科招生章程 08-05
- 天津大学2007年全日制本科招生章程 08-05
- 天津大学2008年全日制本科招生章程 08-05
- 天津大学2009年全日制本科招生章程 08-05