自供电GaAs纳米器件中Shockley–Ramo双极光电流的几何调控

《Advanced Optical Materials》：Geometrical Tailoring of Shockley–Ramo Bipolar Photocurrent in Self-Powered GaAs Nanodevices

本研究首次在GaAs纳米约束器件中实现自供电双极Shockley-Ramo光电响应，通过几何工程调控载流子动力学，低激发时电子主导光电电流，高激发时空穴主导导致极性反转，理论支持纳米尺度几何调控与可逆电子-空穴不对称性协同实现双极光电响应。

　　

摘要

双极光响应（即光电流的极性随激发波长、栅极电压或其他条件发生变化）对于光逻辑、类脑计算和成像至关重要。与单极响应不同，双极行为能够实现直接的二进制编码并提高光检测对比度。然而，在传统的光电导或光伏系统中，电子和空穴的同时且反向传输往往会抑制极性切换。最近在无带隙材料中观察到的自供电Shockley–Ramo（SR）光响应也仅表现出单极信号，这是由于强烈的、不可逆的电子-空穴不对称性所致。在这里，首次通过在GaAs纳米收缩结构中利用可逆的电子-空穴不对称性实现了双极SR光响应。GaAs中较长的载流子寿命使得可以通过几何结构对载流子动态进行亚扩散长度级别的控制。通过调节纳米收缩区域处多数电子和少数空穴的光载流子动态，可以调制SR响应以表现出两种极性。在低激发强度下，光电子占主导地位；随着激发强度的增加，能级间散射使得高能L能级（μ_e,L ? μ_e,Γ）被填充，而热声子瓶颈效应抑制了电子返回到Γ能级的过程，从而减少了电子的贡献，导致光激发空穴（μ_h > μ_e,L）的占比增加，进而引起极性反转。这些结果得到了SR理论的支持，表明纳米级几何工程结合可逆的电子-空穴不对称性可以实现自供电的双极光电流响应，为先进的光电器件开辟了新的途径。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。