馭光而來(lái)-基于二硒化錫原子層的高性能光電探測(cè)器
棲息于大地，三樣?xùn)|西我們賴以生存：空氣、水和光。較之空氣與水，可見(jiàn)但無(wú)形的光讓人沉迷已久：若輕波若微粒，即纖弱又強(qiáng)大，縱單純亦多彩。如何才能揭開(kāi)她迷人的面紗，光電探測(cè)器應(yīng)運(yùn)而生。光本身輕舞飛揚(yáng)，捉摸不定，但是卻借助她與物質(zhì)的相互作用，可以將微妙的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為易于識(shí)別的電信號(hào)，并施以調(diào)控。從漣漪般的波動(dòng)到單光子捕捉，無(wú)論弱如螢火還是強(qiáng)如Ｘ射線爆，也不管單色如激光亦或?qū)拸V如太陽(yáng)光譜，光電探測(cè)器已廣泛應(yīng)用于射線探測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化控制、導(dǎo)彈制導(dǎo)、紅外熱成像以及紅外遙感等。
回到我們腳下的大地，她本身是實(shí)在的物質(zhì)，以各種元素組成。而數(shù)千年來(lái)，人類文明的發(fā)展總是伴隨著新材料的發(fā)現(xiàn)。隨著科學(xué)儀器的進(jìn)步，各種令人驚嘆的人工材料層出不窮。最近，層狀的兩維材料掀起材料研究的熱潮。本質(zhì)上說(shuō)，原子層的二維材料（單層或者數(shù)層，厚度在若干納米到少于一納米），如石墨烯、氮化硼，過(guò)渡金屬二硫?qū)倩衔铮═MD）等，都屬于人工材料，因?yàn)樗麄冎械慕^大多數(shù)都難以在自然界單獨(dú)存在。但是，由于其層數(shù)（或者厚度）的可控性，以及奇異的物理性質(zhì)，近年來(lái)，這類材料廣為人們所青睞。其中，很多二維材料具備優(yōu)異的光電性能，被廣泛應(yīng)用于光電探測(cè)器。
新加坡南洋理工大學(xué)材料學(xué)院劉政課題組應(yīng)用化學(xué)氣相沉積法合成出了一種新型兩維材料：二硒化錫（SnSe2），并對(duì)它的特性進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。不同于目前廣泛研究的2H相的二維材料比如MoS2，他們合成出來(lái)的材料表現(xiàn)出1T相，并且與大數(shù)金屬性的1T相二維材料不同，1T相SnSe2具有半導(dǎo)體性質(zhì)。利用機(jī)械剝離可以將單晶SnSe2制作成原子層厚的SnSe2，并且進(jìn)一步加工成場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）和光電探測(cè)器。測(cè)試表明，其中雙層SnSe2晶體管具有大約4 cm2V-1s-1 的電子遷移率和大于103的開(kāi)關(guān)比，最令人興奮的是它的光電探測(cè)器表現(xiàn)出了大約2毫秒的室溫響應(yīng)時(shí)間，這讓SnSe2躋身于最快光響應(yīng)的二維材料之一。值得說(shuō)明的是，實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的2毫秒的室溫響應(yīng)時(shí)間已經(jīng)達(dá)到測(cè)量?jī)x器的分辨下限，SnSe2的本征光光響應(yīng)時(shí)間極有可能低至微秒級(jí)別。此外，包括SnSe2本身，硒化錫家族本身包含三種層狀異質(zhì)溶融相。所以，這個(gè)體系還有很大潛力有待挖掘。
我們相信，此項(xiàng)研究將會(huì)為基于1T二維材料的光電研究打開(kāi)了一扇窗戶，并為基于原子層二維材料的光電相互作用提供新的思路。這些馭光而來(lái)的材料，將為會(huì)紛繁妙曼的光與材料之舞譜寫(xiě)下新的音符。
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