yy.vip易游-具有宽带圆偏振光探测能力的量子点光电二极管覆盖紫外至短波红外波段

　　YYVIP易游·(中国有限公司)官方网站-圆偏振光（CPL）探测能够获取偏振分辨信息，在量子技术、生物成像、安全通信和多级光学数据处理等先进应用中具有不可替代的价值。圆偏振光通过其电场矢量在垂直于传播方向的螺旋旋转携带自旋角动量，分为（RCP）两种螺旋性。传统硅基或砷化镓基光电探测器本身缺乏圆偏振光敏感性，需依赖外部偏振光学元件，这不仅增加了系统复杂度、增大了器件尺寸，还降低了整体探测效率。将探测扩展到近红外（NIR）和短波红外（SWIR）波段极具吸引力，因为其具有深层组织穿透、散射减少和低能耗运行等优点，这些特性对生物医学成像和

　　据麦姆斯咨询报道，近日，韩国大邱庆北科学技术院（DGIST）的研究团队开发了利用手性ZnO电子传输层（ETL）中的手性诱导自旋选择性（CISS）效应，实现的宽带圆偏振光敏感量子点光电探测器。手性ZnO纳米颗粒的结构不对称性能够优先传输自旋极化载流子，同时抑制相反的自旋，有效地充当了偏振敏感光电流提取的自旋过滤器。所制造的光电二极管包含手性ZnO电子传输层、量子点光敏层和空穴传输层（HTL），如图1a所示。无重金属的Cu-In-Se量子点光电二极管在无外偏压下表现出优异的比探测率（D*=1.28×10¹² Jones）和宽带圆偏振光探测能力（g₁ₚₕ：260 nm处约0.17，780 nm处约0.13）；PbS量子点器件则将圆偏振光探测范围扩展至250-1700 nm（紫外-可见-近红外-短波红外）；该多层器件平台可扩展到其他量子点材料，提供通用的材料兼容性，并能实现具有优异器件性能的短波红外波段圆偏振光探测（D*：1.45 × 10¹² Jones，1550 nm处g₁ₚₕ约为0.14）。该手性传输驱动策略为圆偏振光探测提供了新的基础认知，建立了可扩展、光学无源的宽带偏振分辨光电子学平台。相关研究成果以“Broadband Circularly Polarized Light Detection via Spin-Selective Charge Transport in Quantum Dot Photodiodes”为题发表在Advanced Materials期刊上。

　　这项研究研究选用ZnO纳米颗粒作为量子点光电二极管中手性电荷传输材料的模型体系，因其电子迁移率高、与量子点的能带排列有利于电子提取，且溶剂正交性便于多层器件制备。通过改进的现有方法合成原始ZnO纳米颗粒，随后通过配体交换过程用L/D-半胱氨酸进行功能化。图1展示了手性ZnO纳米颗粒的制备和表征。这项研究主要聚焦于2.9 nm尺寸的ZnO纳米颗粒，因为该尺寸足够小，可以通过表面功能化有效诱导手性。

　　CISS效应指电荷载流子通过手性材料时优先传输特定自旋取向的现象。为研究手性ZnO电子传输层中的自旋依赖电荷传输，研究人员采用磁化探针的磁性导电原子力显微镜（mc-AFM）进行测量。首先测量ITO衬底上手性ZnO薄膜（厚度15 nm）的I-V特性。为在实际器件中验证CISS效应，对ITO/PEDOT:PSS/CISe量子点/手性ZnO多层结构进行相同测量。图2展示了手性ZnO电子传输层的CISS驱动的自旋传输及电学性质。

　　研究人员选择CISe量子点作为光电二极管的光活性材料，是因其具有从紫外到近红外波段的强宽带吸收能力、优异的器件性能以及无毒性。研究人员制造了多层结构ITO/PEDOT:PSS/TBAI-CISe量子点/手性ZnO/Ag光电二极管用于圆偏振光探测。图3展示了该CISe量子点光电探测器的基本性能以及圆偏振光探测性能。

　　图3 具有手性ZnO电子传输层的CISe量子点光电探测器的紫外-可见光-近红外波段的圆偏振光探测

　　为将圆偏振光探测扩展至短波红外波段，研究人员将手性ZnO电子传输层与短波红外量子点集成，开发了PbS量子点光电二极管，该器件与CISe量子点光电探测器器件结构一致。研究人员对短波红外PbS量子点光电探测器的基本性能以及圆偏振光探测性能进行了测试，相关结果如图4所示。

　　图4具有手性ZnO电子传输层的PbS量子点光探测器的紫外–可见光–近红外-短波红外波段的圆偏振光探测

　　综上所述，这项研究通过将手性ZnO电子传输层与近红外/短波红外量子点集成，成功实现了覆盖紫外-可见光-近红外-短波红外波段的宽带圆偏振光敏感量子点光电探测器。利用CISS效应，手性-ZnO电子传输层能够选择性传输量子点光活性层中产生的自旋极化载流子，即使在超出手性-ZnO纳米颗粒本征吸收的光谱范围内，仍能实现稳健的偏振特异性光电流响应。该研究为圆偏振光探测技术提供了新的思路，突破了传统依赖光活性层本征手性的局限，所开发的器件具有结构简单、兼容性强、性能优异、稳定性好等优势，在量子信息技术、光学通信、生物医学成像等领域具有广阔的应用前景。未来研究可进一步优化手性电荷传输层的性能，探索更多手性材料体系，拓展探测波长范围，提升器件的圆偏振光分辨能力和集成度，推动宽带圆偏振光探测技术的实际应用。