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華南師范大學(xué)胡小文 AFM：基于膽甾相液晶聚合物薄膜的鈣鈦礦圓偏振光電探測(cè)器

2025-02-20 來(lái)源：高分子科技

不同旋性的圓偏振光可以作為兩個(gè)獨(dú)立的通道來(lái)傳輸信息，在全息成像、3D顯示和光通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。作為探測(cè)圓偏振光所攜帶信息的手段之一，基于手性鈣鈦礦的圓偏振光電探測(cè)器因不需要借助復(fù)雜的光學(xué)元件即可直接探測(cè)圓偏振光而備受矚目。然而，具有高的光電流不對(duì)稱因子的鈣鈦礦圓偏振光電探測(cè)器鮮有報(bào)道。

圖1 圓偏振光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)及其陣列

膽甾相液晶由于具有周期性螺旋結(jié)構(gòu)，具有選擇性反射圓偏振光的特性，利用這一特點(diǎn)，華南師范大學(xué)周國(guó)富團(tuán)隊(duì)的胡小文課題組將膽甾相液晶薄膜與光電性能優(yōu)異的鈣鈦礦單晶有機(jī)結(jié)合，采用光電導(dǎo)器件結(jié)構(gòu)，提出了一種構(gòu)建圓偏振光電探測(cè)器的新策略（圖1）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，基于右旋膽甾相液晶制備的圓偏振光電探測(cè)器，在520 nm圓偏振光照射下，具有6.8×10¹³Jones的探測(cè)率和高達(dá)1.95的光電流不對(duì)稱因子。這是因?yàn)槟戠尴嘁壕П∧な沟免}鈦礦活性層選擇性的響應(yīng)不同旋性的圓偏振入射光，獲得與入射光旋性對(duì)應(yīng)的光電流差異，從而產(chǎn)生高的光電流不對(duì)稱因子。通過(guò)調(diào)控膽甾相液晶薄膜的光子帶隙，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波長(zhǎng)的圓偏振光的探測(cè)。進(jìn)一步的，本工作制備了探測(cè)器陣列，實(shí)現(xiàn)對(duì)攜帶不同信息（旋性、光強(qiáng)等）的圓偏振光進(jìn)行探測(cè)，探索了該器件在圖像傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。具體的，根據(jù)預(yù)先定義光電流值和顏色對(duì)應(yīng)關(guān)系的色度卡，通過(guò)程序化圓偏振入射光，最終利用該器件可以獲得數(shù)字圖案輸出（圖2）。以上結(jié)果實(shí)現(xiàn)了具有高的光電流不對(duì)稱因子的非手性鈣鈦礦圓偏振光電探測(cè)，為鈣鈦礦材料在圓偏振光探測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路。

圖2 圓偏振光電探測(cè)器陣列在圖像傳感領(lǐng)域的應(yīng)用

以上研究成果在國(guó)際材料頂級(jí)期刊《Advanced Functional Materials》（影響因子18.5）上發(fā)表，題為《Circularly Polarized Perovskite Photodetector with Photocurrent Dissymmetry Factors of up to 1.95 Enabled by Liquid Crystal》。論文第一作者為2022級(jí)碩士研究生馮一帆，高冠峰博士為論文共同第一作者。通訊作者包括華南師范大學(xué)胡小文副研究員、周國(guó)富教授及姜小芳教授。本工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家綠色光電子國(guó)際聯(lián)合研究中心、教育部光信息國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃111引智基地以及廣東省光信息材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目、平臺(tái)的經(jīng)費(fèi)支持。論文合作者西班牙維戈大學(xué)Lakshminarayana Polavarap教授在論文的結(jié)果與討論上給予了大力支持。

文章鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202421338

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