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倪振華教授和呂俊鵬教授課題組在表面等離激元熱電子光電轉換研究中取得新進展

2019/9/27編輯:Ma Liang 人氣:1264

 近日,東南大學物理學院倪振華教授和呂俊鵬教授課題組利用表面等離激元誘導的熱電子轉移實現快速近紅外光電探測,相關成果以“Fast Photoelectric Conversion in the Near-Infrared Enabled by Plasmon-Induced Hot-Electron Transfer”為題發表在材料學領域重要刊物Advanced Materials上。
 

紅外探測器在光通訊、成像、環境監測、軍事等領域有著十分廣泛的應用,實現兼備快速響應和高靈敏度的紅外探測器是拓展其應用的有力保證。在光電探測、太陽能電池及光催化等應用中,電荷轉移是決定光電轉換性能至關重要的環節。如果轉移速度不足夠快,載流子的弛豫、束縛、復合等競爭過程的發生將會導致能量損失并嚴重制約光電轉換的效率和速度。如何從載流子動力學層面上優化并實現快速高效的光電轉換一直是該領域所面臨的挑戰。

在本工作中, 倪振華教授和呂俊鵬教授課題組制備了亞計量氧化鎢(WO2.9)/石墨烯(graphene)復合結構近紅外光電探測器,并系統研究了氧化鎢納米結構中激發的表面等離激元熱電子的轉移過程。實驗發現,由于該體系較高的末態態密度以及較大的初末態間能量差,熱電子轉移在150fs內(受限于儀器分辨率)即可完成。超快的熱電子轉移意味著體系中載流子馳豫、復合以及深能級缺陷態束縛等過程能夠被有效避免,進而提升光電轉換的速度和效率。該器件的響應速度比常規冷電子轉移所主導的器件快1000倍以上,同時保持較高的靈敏度。另外熱電子轉移能夠打破常規器件響應波段受制于半導體帶隙(氧化鎢帶隙~2.8 eV)的瓶頸,將光探測范圍拓展到了光通訊波段(~1550nm, ~0.8 eV)。本工作表明表面等離激元熱電子轉移是實現高效、快速光電轉換的一個重要途徑。

本文第一作者為東南大學物理學院博士生于遠方,倪振華教授和呂俊鵬教授為共同通訊作者。該工作受到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費等項目的資助。

論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201903829  

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(來源: 東南大學 )

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