紅外偏振探測(cè)技術(shù)在深空觀測(cè)、生物醫(yī)學(xué)成像、工業(yè)無(wú)損檢測(cè)等高端領(lǐng)域的重要性日益凸顯，但長(zhǎng)期以來(lái)，如何在拓展探測(cè)波長(zhǎng)至紅外波段的同時(shí)，保留優(yōu)異的偏振識(shí)別能力，一直是儀器設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)痛點(diǎn)。近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所、半導(dǎo)體研究所與北京理工大學(xué)的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，通過(guò)Sb?Se?納米線與PbS量子點(diǎn)的創(chuàng)新性耦合，成功攻克這一難題。

在偏振探測(cè)領(lǐng)域，Sb?Se?納米線是公認(rèn)的“潛力股”——其固有的正交晶體結(jié)構(gòu)帶來(lái)了天然的各向異性，在偏振信號(hào)識(shí)別上具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。但受制于材料本身的帶隙特性，純Sb?Se?納米線探測(cè)器的探測(cè)波長(zhǎng)被牢牢限制在1000nm以下，無(wú)法涉足1.31μm、1.55μm等主流紅外應(yīng)用波段，這也讓其在高端儀器場(chǎng)景中的應(yīng)用大打折扣。

為突破這一局限，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)將目光投向了量子點(diǎn)耦合技術(shù)。“量子點(diǎn)與納米線的異質(zhì)結(jié)構(gòu)建，是提升光電探測(cè)器性能的成熟思路，但難點(diǎn)在于如何優(yōu)化界面載流子傳輸效率，避免兩種材料結(jié)合后出現(xiàn)性能‘內(nèi)耗’。”團(tuán)隊(duì)核心研究人員介紹，他們通過(guò)長(zhǎng)鏈配體向短鏈配體的精準(zhǔn)交換，有效降低了Sb?Se?納米線與PbS量子點(diǎn)界面的電荷傳輸阻力，讓異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的光電響應(yīng)效率實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)印證了這一設(shè)計(jì)的有效性。這款新型異質(zhì)結(jié)探測(cè)器不僅成功將探測(cè)波長(zhǎng)拓展至1.55μm紅外波段，更關(guān)鍵的是實(shí)現(xiàn)了偏振探測(cè)能力在該波段的同步覆蓋，徹底打破了純Sb?Se?納米線器件的應(yīng)用邊界。具體來(lái)看，其對(duì)1.31μm紅外光的響應(yīng)度達(dá)到1.12 A/W，1.55μm波段響應(yīng)度為0.86 A/W；對(duì)應(yīng)的偏振二向色性比分別為1.38和1.58，穩(wěn)定性完全滿足高端儀器的實(shí)際使用需求。

借助紫外光電子能譜分析，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步揭開了性能提升的內(nèi)在機(jī)理：異質(zhì)結(jié)界面形成的光生載流子分離效應(yīng)，顯著強(qiáng)化了Sb?Se?納米線缺陷能級(jí)對(duì)紅外偏振光的吸收能力，正是這一核心機(jī)制，讓偏振探測(cè)波長(zhǎng)成功跨越至1.55μm波段，為同類器件的設(shè)計(jì)提供了可復(fù)用的技術(shù)邏輯。

該團(tuán)隊(duì)并未止步于器件性能突破，而是進(jìn)一步探索了技術(shù)的落地潛力。他們基于這款探測(cè)器的紅外偏振響應(yīng)度，構(gòu)建了專屬卷積核，結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了圖像特征的高效提取，不僅降低了數(shù)據(jù)冗余和噪聲干擾，更顯著提升了復(fù)雜場(chǎng)景下的圖像識(shí)別精度——這一跨界融合設(shè)計(jì)，讓該器件有望直接適配高端紅外成像儀器，加速?gòu)膶?shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的進(jìn)程。

從制備工藝來(lái)看，團(tuán)隊(duì)采用的技術(shù)路徑具備較強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)：通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備高質(zhì)量Sb?Se?納米線，液相法合成直徑均勻的PbS量子點(diǎn)，再經(jīng)旋涂工藝完成異質(zhì)結(jié)構(gòu)建，整套流程兼容現(xiàn)有光電器件生產(chǎn)線，為后續(xù)規(guī)?；慨a(chǎn)降低了技術(shù)門檻。

“這一研究不僅解決了紅外偏振探測(cè)的核心技術(shù)瓶頸，更提供了‘納米線+量子點(diǎn)’異質(zhì)結(jié)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路?！睂＜以u(píng)價(jià)道，隨著技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化，這款探測(cè)器有望替代部分進(jìn)口產(chǎn)品，應(yīng)用于深空探測(cè)望遠(yuǎn)鏡、高端醫(yī)療影像設(shè)備、工業(yè)精密檢測(cè)儀器等場(chǎng)景，推動(dòng)我國(guó)紅外偏振探測(cè)儀器向高性價(jià)比、高性能方向升級(jí)，具備廣闊的市場(chǎng)前景與行業(yè)價(jià)值。