研究背景
偏振敏感紫外日盲光探測器作為可見光和紅外光探測器的補充，在遙感、分析成像、信息加密和防偽、生物啟發(fā)式導(dǎo)航等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，與傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)相比，紫外光的傳播主要依賴于散射，可以繞過障礙物，非常適合短距離和抗干擾通信。另外，由于大氣臭氧層對200–300 nm范圍內(nèi)紫外光的強(qiáng)烈吸收，在近地面日盲紫外光的背景噪聲非常低。因此，日盲紫外光光學(xué)通信系統(tǒng)具有抗干擾和高信噪比的特點，其研究具有重要的科學(xué)與技術(shù)意義。
在國家自然科學(xué)基金和科技部的支持下，化學(xué)研究所有機(jī)固體院重點實驗室董煥麗課題組在前期有機(jī)偏振光電材料與器件的研究基礎(chǔ)上（Adv. Mater. 2022, 34, 2105665；Adv. Mater. 2023, 35, 2301955），近期在高性能偏振敏感紫外日盲光探測器研究方面取得新進(jìn)展。有機(jī)半導(dǎo)體材料具有分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計及輕薄柔等優(yōu)勢，在實現(xiàn)柔性可穿戴光電探測器件方面展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景。但是通常有機(jī)半導(dǎo)體具有連續(xù)π電子共軛結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展共軛系統(tǒng)通常會導(dǎo)致吸收紅移，吸收峰向長波方向移動，導(dǎo)致大部分材料在可見光區(qū)域內(nèi)具有光學(xué)吸收，難以實現(xiàn)紫外日盲光探測的需求。該課題組研究人員選擇了核心功能層高遷移率反式-1,2-雙(5-苯基二噻吩并[2,3-b:3′,2′d]噻吩-2-基)乙烯（BPTTE）半導(dǎo)體的獨特扭轉(zhuǎn)分子構(gòu)象。這種分子構(gòu)象賦予BPTTE分子高效電荷輸運的同時展現(xiàn)了寬帶隙特性。BPTTE分子光學(xué)帶隙為3.1 eV，具有紫外日盲吸收特性。單晶數(shù)據(jù)和理論計算研究分析表明，在BPTTE單個晶胞中沿b軸方向的分子躍遷偶極矩矢量相消，矢量和為0 Debye，揭示了BPTTE分子在bc晶面內(nèi)具有顯著的本征各向異性和強(qiáng)的各向異性光吸收特性。通過角分辨偏振拉曼光譜和偏振吸收光譜等技術(shù)進(jìn)一步詳細(xì)全面表征了BPTTE單晶在面內(nèi)分子振動、光學(xué)吸收上的本征各向異性。BPTTE分子晶體高吸收二色性比、強(qiáng)紫外和日盲的吸收特性預(yù)示其在高偏振紫外日盲光探測器方面的潛在應(yīng)用。基于BPTTE單晶構(gòu)筑的光探測器二向色性比高達(dá)4.26，是目前有機(jī)偏振敏感紫外光探測器中的最高值之一。在電壓調(diào)制條件下，以BPTTE單晶為核心功能層構(gòu)筑的光探測器對偏振紫外光的高效穩(wěn)定探測得到驗證。最后，基于BPTTE單晶光電探測器成功演示了高對比度偏振成像和抗干擾成像，凸顯了有機(jī)半導(dǎo)體在偏振敏感紫外日盲光探測器領(lǐng)域的潛力。相關(guān)的研究成果近期發(fā)表在先進(jìn)材料上（Adv. Mater.2024,2404309），論文第一作者為博士生張鈺，通訊作者為董煥麗研究員和特別研究助理秦正生。
▲ 高偏振紫外日盲光探測器及其偏振和抗干擾成像演示
來源：中國科學(xué)院化學(xué)研究所
