【產(chǎn)通社，6月12日訊】南方科技大學(xué)（Southern University of Science and Technology, SUSTech）官網(wǎng)消息，電子與電氣工程系助理教授陳曉龍課題組近日在學(xué)術(shù)期刊 Nano Letters 上發(fā)表以“Room-Temperature Self-Powered Infrared Spectrometer Based on a Single Black Phosphorus Heterojunction Diode”為題的文章，基于單個(gè)黑磷-二硫化鉬異質(zhì)結(jié)研制室溫單元器件片上微型紅外光譜儀。

紅外光譜儀在工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中有著重要的應(yīng)用價(jià)值。然而，傳統(tǒng)紅外光譜儀（如光柵分光式、傅里葉變換式紅外光譜儀）體積龐大、造價(jià)高昂、且需要液氮制冷，這極大地限制了紅外光譜儀在便攜式設(shè)備上等更廣闊場(chǎng)景里的應(yīng)用。計(jì)算型光譜儀通過(guò)具有不同響應(yīng)光譜的微型探測(cè)器陣列，結(jié)合重構(gòu)算法計(jì)算未知光譜，省去了光柵和干涉儀等傳統(tǒng)光譜儀中的大尺寸元件，可以顯著地減小光譜儀的體積。采用柵壓等電學(xué)方式非線性地調(diào)控單個(gè)探測(cè)元器件的光電響應(yīng)譜曲線，可以替代探測(cè)器陣列的空間維度，極大縮減計(jì)算光譜儀的體積。二維材料黑磷（BP）具有帶隙可調(diào)、范德華層狀結(jié)構(gòu)、中紅外響應(yīng)率高等優(yōu)異特性，為制備片上微型紅外光譜儀提供了優(yōu)異的材料平臺(tái)。

本研究基于BP-MoS2范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了室溫工作的片上微型紅外光譜儀。課題組利用柵壓引起的量子限制法蘭茲-卡爾迪西效應(yīng)（quantum-confined Franz-Keldysh）、斯塔克效應(yīng)（Stack effect）、莫斯-布爾斯坦效應(yīng)（Moss-Burstein effect）等，使BP-MoS2異質(zhì)結(jié)的光響應(yīng)率曲線隨柵壓呈現(xiàn)非線性變化。當(dāng)未知入射光譜照射BP-MoS2異質(zhì)結(jié)時(shí)，通過(guò)測(cè)量不同柵壓下的光電流，結(jié)合重構(gòu)算法即可計(jì)算得到入射光的光譜。該器件的工作波長(zhǎng)范圍為1.7–3.5微米，可以在室溫下工作，但尺寸僅為30×50μm2，遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)紅外光譜儀，為光子芯片集成提供了新的思路。

南科大電子系2023級(jí)博士研究生王晗為本文第一作者，助理教授陳曉龍為本文通訊作者。南科大為第一通訊單位。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站http://newshub.sustech.edu.cn/html/202404/45188.html，以及https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c04044。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）    （完）