武科大网讯 近日，我校理学院朱思聪副教授团队提出构建面内和面外异质结实现光电探测器高响应、宽范围和偏振各向异性可调谐新策略，相关工作以“Designing and Development of AsP–GeY (S; Se) In-Plane and van der Waals Heterojunction-Based Photonic Devices for Wavelength Tuning”为题发表在国际光子学领域权威期刊《ACS Photonics》上，2021级硕士生王通通和2020级博士生刘方奇为论文共同一作，朱思聪为论文通讯作者，武汉科技大学为第一单位。
光电器件的工作波长主要由其材料的固有带隙决定。然而，器件制造后的固定工作波长范围严重限制了其通用性。外场或应变的应用可以通过Franz - Keldysh效应或Stark效应移动带边缘，但在扩展的光学吸收范围内实现光学吸收系数的显著降低通常需要应用高能偏压场。近年来，操纵界面层的实验技术变得越来越前沿，使得通过构建具有不同合金成分的材料或组合具有不同带隙的材料来控制带隙成为可能。因此，迫切需要进行理论研究，以预测可行的异质结和器件模型，并探索潜在的调制机制。
在这个工作中，朱思聪团队选用目前实验和理论上广泛认为具有优异光电性质的AsP和第四族硫硒化物GeY(Y=Se;S)作为原料，通过第一性原理方法研究构建了垂直(通过界面层的面外载流子传输)和水平(沿界面层的面内载流子传输)异质结。采用PBE/HSE06/BSE等近似方法，模拟计算异质结电子结构，结果表明由AsP和GeY组成的异质结可以有效地操纵成I型和II型半导体，异质结的光吸收能力显著增强，从而将AsP的光吸收范围从中红外扩展到可见光区。其内在原因在于异质结界面处的电子局域性发生改变。
为了研究这种异质结的可应用性，朱思聪团队进一步考虑将其设计作为光电探测器。基于异质结的光子器件表现出更强的偏振各向异性，(AsP−GeS)I异质结保持了良好的控制偏振稳定性，与光子能量无关（图一）。此外，这些器件显示出宽带响应和高偏振灵敏度，超过了单一组分。(AsP−GeSe)V异质结分别表现出1137 nm和2076 nm宽带高响应和强偏振灵敏性。这些结果揭示了双异质结工程策略可以调控材料电子结构以实现高效光子纳米器件。（理学院）
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsphotonics.3c00598
