电荷密度波 （CDW） 作为一种有序电子状态，通常会导致窄带隙的开放，窄带隙可以被相对低能的光子（如红外光）激发。因此，带有CDW的化合物在高性能宽带光电探测器中具有巨大的潜力。
据麦姆斯咨询报道，近日，东华大学与国科大杭州高等研究院的科研团队首次对基于稀土三碲化物（RETe₃）的光电探测器在中波红外波段非制冷条件下进行研究。该探测器覆盖了380 nm至4400 nm（即紫外波段到中波红外波段）的宽带响应。基于RETe₃的光电探测器实现了高分辨率中波红外透射成像，有效探测隐藏的物体。这项研究使电荷密度波材料RETe₃成为低功耗、非制冷、宽带自供电光探测应用的理想候选材料。这项研究以“Canonical RETe3 (RE = Rare-Earth Elements) with Charge Density Wave for Room Temperature Self-Powered Photodetectors Spanning Mid-Wave Infrared Band”为题发表在Advanced Functional Materials期刊上。
研究人员采用化学气相传输（CVT）方法成功合成了RETe₃材料（RE = La、Ce、Pr、Nd、Sm 和 Dy），并研究了用于光探测应用的合成RETe₃单晶，相关结果如图1所示。
图1 RETe₃单晶及其表征
为了研究电荷密度波材料RETe₃在红外光探测中的潜力，研究人员制造了基于光热电（PTE）效应的金属-半金属-金属（MSM）结构光电探测器，该器件原理图及其光电特性如图2所示。结果表明，基于RETe₃的光电探测器可在自供电模式下运行，无需外部电源；并利用光电流响应证明了该器件的工作机制为光热电效应。随后，研究人员评估基于RETe₃的光电探测器的宽带响应能力以及响应时间，相关结果如图3所示。
图2 基于RETe₃的光电探测器的光电特性
图3 基于RETe₃的光电探测器的器件性能测试
鉴于基于RETe₃的探测器在中波红外波段的显著响应，研究人员进一步研究了RETe₃探测器的透射成像能力，相关实验设置和实验结果如图4所示。
图4 基于RETe₃的光电探测器的透射成像实验结果
综上所述，这项研究开发了一种基于电荷密度波材料RETe₃的非制冷自供电宽带光电探测器，其中基于DyTe₃的光电探测器表现出最佳性能。该光电探测器在380 nm至4400 nm波段表现出卓越的光响应能力，在中波红外波段的响应度和探测率分别达到27 mA W⁻¹和 1.26 × 10⁹ Jones。基于DyTe₃的光电探测器78 ms的响应时间超过了大多数以光热电效应为主的光电探测器的响应时间。此外，基于DyTe₃的光电探测器已成功实现1550 nm的光通信和3500 nm的透射成像。这项研究使得电荷密度波材料RETe₃成为宽带自供电光电探测器的有前途的材料平台。
https://doi.org/10.1002/adfm.202501917
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