通过拓扑结构的PbBi2Se4单晶实现的高性能宽带光检测

《Advanced Optical Materials》：High Performance of Broadband Photodetection via Topological PbBi2Se4 Single Crystal

宽带光电探测器在可见光至太赫兹波段的应用中，PbBi2Se4单晶通过改进化学气相传输法合成，显著提升响应度（1.16 A/W）和速度（24 μs），并实现太赫兹检测（0.02-0.519 THz）与成像，噪声等效功率达1.01×10?3 pW/Hz?。

　　

摘要

宽带光电探测器对于捕获和识别不同波长的光信息至关重要，在农业、工业和医学等多个领域发挥着重要作用。然而，能够在室温下实现宽带特性和高性能检测仍受到材料带隙和质量的限制。在这项研究中，通过改进的化学气相传输方法成功合成了高质量的PbBi₂Se₄单晶，并实现了从可见光到太赫兹区域的高性能宽带光电检测。该光电探测器基于光激发产生的电子-空穴对跃迁实现红外检测，其响应度（约1.16 A W^?1）和响应速度（约24 μs）分别比之前报道的PbBi₂Se₄基光电探测器提高了1个和3个数量级。此外，该探测器还基于EIW机制实现了0.02至0.519 THz范围内的太赫兹检测，具有5.86 × 10⁷ V W^?1的高响应度、6 μs的快速响应速度以及1.01 × 10^?3 pW Hz^?1/2的最低噪声等效功率，这是目前室温下所有二维材料中的最佳性能之一。此外，还进行了高分辨率的太赫兹传输成像实验，进一步证明了该探测器在室温下的优异性能。这些结果表明，PbBi₂Se₄晶体在下一代光电子器件应用中具有巨大潜力。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。