近日,中国科学院半导体研究所魏钟鸣研究员、邓惠雄研究员与北京大学刘开辉教授、中国人民大学刘灿研究员联合,提出了一种有效提升二维材料偏振光电流各向异性比的新策略。他们通过构筑亚波长结构阵列使二维半导体GeSe的偏振光电流各向异性比提高了1个数量级。
相关研究成果以“Low symmetric sub-wavelength array enhanced lensless polarization-sensitivity photodetector of germanium selenium” 为题目,发表于Science Bulletin上。
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研究者通过第一性原理计算发现,GeSe沿着其晶体结构的扶手椅方向呈现出一系列电荷分布链,表明这一方向为其极化敏感方向。因此推测,沿着这一方向构筑一维阵列有望进一步提高其极化比。
为了沿扶手椅方向精确构筑亚微米阵列结构,研究者使用WITec alpha300 R 系列对GeSe片进行了角分辨拉曼分析(图1)。对GeSe而言,其B2g和A31g 拉曼峰分别对应其之字形方向和扶手椅方向的振动。因此A31g 强度最大的方向即为其扶手椅方向。
图1 GeSe片的角分辨拉曼(alpha300 R)
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此外,偏振SHG(图2)结果显示,平行和垂直于入射偏振方向上的SHG响应,均呈现高度的不对称,体现GeSe晶格的高度面内各向异性。而GeSe阵列的平行配置偏振SHG同样保留了沿扶手椅方向的两瓣,这表明GeSe结构具有很强的去极化效应,证实了GeSe阵列是严格沿扶手椅方向的。
图2 GeSe片和GeSe亚微米阵列的角分辨SHG
偏振光电流测试显示,这种亚微米阵列设计将GeSe器件的偏振光电流比从原来的1.6提高到18。这种构建低对称模型的策略,也适用于其他面内各向异性低维材料。该方法有望进一步提升基于各向异性二维材料光电探测器的各向异性比,将大大助力遥感、视觉成像和导航领域的发展。
第一作者
周子琦
博士后,北京大学。
主要研究方向为低维半导体的生长、电子工程与光电子学。
通讯作者
刘灿
研究员,中国人民大学。
主要研究方向为单晶二维材料的界面调制生长及其光学表征。
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