二维（2D）材料因其具有宽带响应范围、层依赖性带隙、可调电子和光学特性以及高载流子迁移率等独特的机械、光学和物理特性，成为研究热点。其中，二硒化钯（PdSe₂）凭借其可调带隙、高载流子迁移率、双极可调性和空气稳定性，在宽带光探测领域展现出巨大潜力。与独立的二维材料相比，通过二维材料之间范德华（vdW）力形成的异质结，由于其界面上内置电场有助于光生载流子的分离，所以表现出卓越的光探测性能。除波长和强度外，偏振是光的固有特性。当前，偏振器件的研究虽取得一定进展，但偏振状态（SOP）探测的探索仍处于起步阶段，尤其是缺乏能够有效区分右旋和左旋圆偏振光的二维材料，这是偏振探测面临的挑战。不过，也存在潜在的解决方案。
据麦姆斯咨询报道，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所李绍娟研究团队提出一种PdSe₂/2H-MoTe₂异质结光探测器，它展现了宽带自供电光探测和线性/圆偏振探测的能力。相关研究成果以“PdSe2/2H–MoTe2 Heterojunction Self-Powered Photodetector: Broadband Photodetection and Linear/Circular Polarization Capability”为题，发表在ACS Nano期刊上。
这项研究通过热辅助转换（TAC）方法制备PdSe₂材料，并成功构建了PdSe₂/2H-MoTe₂异质结光电探测器。该探测器具有宽带光响应和高整流比，展现出卓越的光电性能，同时具备自供电探测能力，表现出优异的自供电性能，还能够探测线性偏振光和圆偏振光，这为片上集成全斯托克斯偏振探测器奠定了基础。图1a和图1b展示了PdSe₂/2H-MoTe₂异质结器件的示意图和光学图像。
图1 PdSe₂/2H-MoTe₂范德华异质结光电探测器的制备和基本特性
由于PdSe₂/2H-MoTe₂异质结光电探测器中两种材料光探测波段的叠加，该器件可实现从紫外（UV）到近红外（NIR）的超宽带光探测能力。图2展示了PdSe₂/2H-MoTe₂异质结光电探测器的光电特性。图3展示了PdSe₂/2H-MoTe₂异质结光电探测器的自供电光电探测特性。
图2 PdSe₂/2H-MoTe₂异质结光电探测器在紫外-近红外波段的光探测
图3 PdSe₂/2H-MoTe₂异质结光电探测器的自供电宽谱光探测
PdSe₂/2H-MoTe₂异质结光电探测器具有从375 nm到2200 nm的宽谱响应范围，在532 nm处达到灵敏度峰值，峰值响应度为7.3 × 10^3 A/W，探测率为8.5 × 10^12 Jones。即使在1310 nm处，该器件仍保持有20 A/W的高响应度。自供电光探测能力覆盖375 nm到1550 nm，响应度为243 mA/W，比探测率为6.46 × 10^10 Jones，填充因子为0.8，外量子效率为56.73%。该器件还能同时探测线偏振和圆偏振光的能力，相关测试结果如图4和图5所示。
图4 PdSe₂/2H-MoTe₂异质结光电探测器的光响应机制
图5 PdSe₂/2H-MoTe₂异质结光电探测器的自供电偏振探测和偏振成像
综上所述，这项研究提出了一种PdSe₂/2H-MoTe₂异质结光电探测器,具有宽带自供电光电探测和线性/圆偏振探测能力，这是非常有意义的创新性研究成果。该器件在375 nm到2200 nm的宽光谱范围内表现出优异的光电性能，在375 nm到1550 nm的宽范围内具有自供电光电探测能力。另外，该器件能够同时探测线偏振和圆偏振光，为集成式全Stokes偏振探测器提供了一种有效解决方案，在近红外偏振探测领域具有广阔的应用前景。
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c12298
