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圆偏振光（CPL）检测在光通信、生物成像和量子计算等领域至关重要。为解决现有 CPL 探测器面临的问题，研究人员制备了基于手性二维 / 三维（2D/3D）钙钛矿异质结构的 CPL 探测器，其性能优异且实现全光谱检测，拓展了自旋电子学应用。
在科技飞速发展的今天，光通信、生物成像和量子计算等前沿领域对圆偏振光（CPL）检测有着极高的要求。CPL 就像一把特殊的 “钥匙”，能够开启这些领域的众多新应用大门。然而，传统的 CPL 检测方法存在诸多问题。基于手性低维钙钛矿的 CPL 探测器，在光电性能和 CPL 辨别能力之间难以平衡，就像跷跷板的两端，顾此失彼。而且，它们往往只能在很窄的光谱范围内发挥作用，如同戴着一副视野狭窄的眼镜，无法 “看到” 更广阔的光谱世界。这大大限制了 CPL 检测技术在实际中的应用，成为了相关领域发展的 “绊脚石”。
为了搬走这块 “绊脚石”，华中科技大学的研究人员勇敢地迎接挑战，开展了一项极具创新性的研究。他们致力于制备一种新型的 CPL 探测器，期望能够突破现有技术的瓶颈。经过不懈努力，研究人员成功制备出基于手性二维 / 三维（2D/3D）钙钛矿异质结构的 CPL 探测器。这款探测器表现十分出色，不仅在全光谱范围内实现了高效的 CPL 检测，还具备优异的光电性能。这一成果意义重大，它为自旋电子学的发展开辟了新的道路，就像为这个领域注入了一股强大的动力，推动其迈向新的高度。该研究成果发表在《Nature Communications》上，引起了广泛关注。
研究人员在研究过程中，运用了多种关键技术方法。他们通过转移印刷法制备手性 2D/3D 钙钛矿异质结构，这种方法巧妙地解决了直接旋涂带来的溶解问题，保证了异质界面的高质量。利用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和掠入射广角 X 射线散射（GIWAXS）等技术对样品进行表征，从不同角度观察和分析样品的微观结构和晶体取向。通过测量瞬态光电流响应、-3dB 带宽、光电流不对称因子（gcurrent）等参数，全面评估探测器的性能。
手性 2D/3D 钙钛矿异质结构的制备
研究人员采用转移印刷法制备异质结构。先将手性 2D 钙钛矿旋涂在聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章上，3D 钙钛矿沉积在玻璃基板上，再通过 100°C 热压将手性 2D 钙钛矿转移到 3D 钙钛矿上。这种方法有效解决了直接旋涂的溶解问题，且界面结合力强，形成的异质结构界面光滑、晶体取向良好，为后续研究奠定了坚实基础。
CPL 探测器的制备与性能测试
制备具有
ITO/SnO2/3D 钙钛矿 /
垂直堆叠结构的 CPL 探测器。测试结果显示，其响应时间快，上升时间（
τr）为 81 μs，下降时间（
τf）为 72 μs，带宽约 5 kHz，远超之前报道的基于手性低维钙钛矿的 CPL 探测器。探测器的探测率（
D?）高达
3.7×1011 Jones ，在不同光强下保持稳定，线性动态范围（LDR）达 66 dB。在 400 - 560nm 范围内，R - 2D/3D 和 S - 2D/3D 探测器对不同旋向的 CPL 光响应不对称，
gcurrent值分别约为 0.09 和 - 0.11，且该值不随波长变化，与传统手性 2D 钙钛矿探测器不同。
CPL 检测机制研究
研究人员提出了一种全新的 CPL 检测机制。第一步是在 3D 层中进行光学自旋注入，金属卤化物钙钛矿（MHPs）由于含有重原子，具有强自旋轨道耦合（SOC），在非中心对称空间群或晶格畸变时会产生 Rashba 分裂，使能带简并消除。CPL 光激发时，根据角动量守恒，会产生自旋极化载流子，如σ+ CPL 产生自旋向下的载流子，σ? CPL 产生自旋向上的载流子。通过圆光电电流效应（CPGE）和 CPL 发射测量验证了 Rashba 分裂的存在，且发现温度升高会增强 Rashba 分裂和载流子自旋极化程度。第二步是手性 2D 层的自旋过滤，手性 2D 钙钛矿的有机配体垂直于基板排列，形成垂直螺旋势，载流子通过时会产生有效磁场，根据自旋方向选择性传输，即手性诱导自旋选择性（CISS）效应。利用磁性导电探针原子力显微镜（mCP - AFM）和半自旋阀器件实验证实了该效应，且发现gcurrent值与手性 2D 层厚度有关，适当增加厚度可提高gcurrent值 。
研究人员通过制备手性 2D/3D 钙钛矿异质结构，实现了全光谱 CPL 检测，性能远超传统探测器。其独特的检测机制为 CPL 检测和自旋电子学应用开辟了新方向。未来，有望基于此进一步优化探测器性能，拓展在更多领域的应用，如更高效的光通信、更精准的生物成像以及更强大的量子计算等，为相关领域的发展带来更多可能。
