OEA | 1T'-MoTe2/2H-MoTe2范德华异质结构的高灵敏多波段红外偏振光电探测器【北京信息科技大学祝连庆教授研究团队】

偏振光探测是一项能够揭示光波振动方向信息的技术。就像偏光太阳镜能过滤特定方向的强反射光一样，探测光的偏振态可以帮助我们“看清”物体表面的纹理、粗糙度等隐藏细节，在医疗诊断、通信和遥感等领域应用广泛。

然而，实现这一功能通常需要在普通光探测器前加装偏振片、波片等外部光学元件。这不仅增加了设备的体积和成本，也使得系统复杂，不利于制造紧凑、集成的商业化产品。因此，研发一种自身材料就能识别光偏振方向的新型探测器，成为重要的技术发展趋势。

传统的光电探测器，如基于硅、锗的材料，往往只能响应特定颜色的光，且可能存在暗电流大、需要冷却系统等问题。近年来，被称为“二维材料”的原子级薄层材料带来了革新。它们可以像乐高积木一样自由堆叠，形成异质结，从而灵活地设计器件功能。特别是一些具有“各向异性”的二维材料，其原子结构在不同方向上排列不同，使得材料对光的吸收和电学响应会随着入射光偏振方向的变化而改变。这意味着，无需外加部件，仅凭材料本身就能实现偏振探测。

科研人员已探索了黑磷、二硒化锗等多种各向异性材料。但其中不少面临挑战：有的无法有效探测近红外光；有的在空气中不稳定、易退化；有的偏振分辨能力有限。这推动着科学家们去寻找性能更优的新材料平台。

在此背景下，二碲化钼(MoTe₂)这类“多晶相”二维材料引起了关注。同一种化学物质，其原子可以排列成不同的晶体结构(称为“相”)，从而拥有截然不同的性质。其中，1T'相的MoTe₂是一种拓扑半金属，对红外光有很好的响应潜力，且其扭曲的晶体结构天然具有各向异性，适合偏振探测。而将其与半导体特性的2H相MoTe₂结合，构建成范德华异质结，有望优势互补，创造出高性能且结构简单的探测核心。

因此，该研究提出构建1T'-MoTe₂/2H-MoTe₂异质结器件，旨在探索其作为一种新型、高度集成的近红外偏振敏感光电探测器的潜力，为解决当前技术对小型化、高性能和宽谱探测的迫切需求提供一个有前景的方案。

该研究聚焦于开发新型近红外偏振光电探测器，其核心创新在于巧妙地利用了同一种化学物质——二碲化钼(MoTe₂)的两种不同原子排列形式(即晶相)。通过将半导体特性的2H相与半金属特性的1T'相像积木一样垂直堆叠，构建出一种全二维范德华异质结。这种独特的“同质多晶异质结”设计，无需复杂的外部光学元件，其本身即可实现对光偏振方向的高灵敏度识别。

研究团队通过精密的微纳加工技术制备了该器件，并系统评估了其性能。研究成果突出体现在三个方面：一是卓越的宽谱探测能力，器件可响应从可见光(532 nm)到短波红外(2200 nm)的广泛波段，尤其在通信常用的1310 nm波长处，表现出高达3.06 A/W的响应度和极快的响应速度，综合性能优异。二是强大的本征偏振分辨功能，得益于1T'相材料自身的方向依赖性，器件无需附加偏振片，其偏振灵敏度即达到20.1。三是成功的成像演示，研究将该器件作为传感单元，成功实现了从可见光到近红外的成像验证，展现了其实际应用潜力。该工作以“Ultra-Sensitive Multi-Band Infrared Polarization Photodetector based on 1T'-MoTe₂/2H-MoTe₂ van der Waals heterostructure”为题发表在Opto-Electronic Advances 2026年第3期。

这项技术为多个前沿领域提供了理想的解决方案。它非常适合于光纤通信系统，用于实时监测光信号的偏振状态，保障传输稳定性；在生物医疗领域，可用于开发更紧凑的偏振成像设备，获取组织更深层的信息；在环境监测与工业检测中，则能用于分析材料表面应力、化学成分等。

总而言之，这项工作不仅展示了一个高性能探测器原型，其更深层的意义在于揭示了一条新的技术路径：通过操控同一材料的“相”来构建多功能异质结(即“相工程”)，可以在单一材料体系内集成多种优异性能。这为未来开发超薄、超集成、高性能的“片上智能视觉系统”奠定了坚实的基础，预示着光电探测与成像技术将朝着更智能、更紧凑的方向迈进。