杜纯/段宣明教授团队在Advanced Materials发表 二维光电探测器件重要研究成果

来源:物理与光电工程学院 发布时间:2025-01-10

       近日,暨南大学物理与光电工程学院(理工学院)杜纯/段宣明教授团队在国际著名期刊Advanced Materials上发表了题为“Self-Trapped Excitons in 3R ZnIn2S4 with Broken Inversion Symmetry for High-Performance Photodetection(DOI10.1002/adma.202410417)最新研究成果。

具有自陷态激子(STEs)效应的材料表现出优异的光电性能和可调性,包括宽光谱发射、长载流子寿命和自吸收特性,因其在发光二极管、光电探测和太阳能电池等领域的重要潜在应用而受到广泛的关注。通常,STEs是由具有强电子-声子耦合的受激软晶格半导体中的畸变形成的。值得注意的是,激发的STEs可以迅速弛豫回到基态,同时发射具有较大斯托克斯位移的宽发射带光子,这为相关材料在光电器件中的应用提供了理想的光学波长响应。更重要的是,能量接近STEs的光子在晶体内被吸收,促进了光电流的形成。因此,探索STEs相关材料以实现高性能光电探测器的应用将具有重要意义。



具有自陷态效应的3R-ZnIn2S4光物理机制及其光电探测应用示意图

该工作以二维范德华材料3R-ZnIn2S4为研究对象,发现了该材料中声子与电子的强烈耦合作用从而具有显著的本征STEs效应。3R-ZnIn2S4具有宽谱荧光发射(500-900 nm)和斯托克斯红移(0.6 eV)的特征,通过实验和理论计算结果揭示了STEs诱导光电导效应的光物理机制,表明3R-ZnIn2S4中固有的STEs通过捕获空穴赋予其有效的光吸收能力、局域化效应和长载流子寿命。因此,二维 3R-ZnIn2S4光电探测器具有良好的光敏性、宽带光响应和稳定性。在375 nm光照下,其光电开关比为11286,响应度为15.2AW-1,探测率为1.02 × 1011 Jones,外量子效率为5032%。此外,器件的响应/恢复时间达到0.57 ms/0.55 ms。该工作为探索具有本征STEs的材料以实现新型高性能光电探测器应用提供新的思路。

该论文第一作者是杜纯助理研究员和黄兹淇硕士研究生, 通讯作者是杜纯助理研究员和中山大学陈一村助理研究员段宣明教授对该成果的完成给予了重要的指导。


论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202410417


文图:杜纯

校对:杨嘉琳

责任编辑:邓玉萌

初审:肖艳芳

复审:孙玉环

终审发布:黄睿