【材料】ACS Materials Lett. | 表面等离激元光电探测器研究进展及未来机遇- 大数跨境

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【材料】ACS Materials Lett. | 表面等离激元光电探测器研究进展及未来机遇

X-MOL资讯

2022-02-07

导读：苏州大学江林教授和孙迎辉教授团队总结了近年来基于表面等离激元结构（包括金属纳米结构和非金属纳米结构）的光电探测器的研究进展，为后续开发小型化高性能的光电探测器提供了很好的借鉴意义

英文原题：Engineering Surface Plasmons in Metal/Nonmetal Structures for Highly Desirable Plasmonic Photodetectors

通讯作者：江林，苏州大学；孙迎辉，苏州大学

作者：Junchang Zhang (张军昌), Yawen Wang (王雅雯)， Dong Li (李东)

背景介绍

近年来，光电探测器在军事和国民经济的各个领域有着广泛的应用，比如热成像，光导技术和通讯系统等。光电传感系统集成化的快速发展要求光电探测器须具有足够小的尺寸。然而，作为光电探测器的主体材料半导体会因为尺寸较小而难以吸收足够多的光，从而导致器件的光电转换效率低下。此外，当器件尺寸小到亚波长尺度时，由于光衍射的限制，将导致光电探测器失去作用。因此，就目前而言，实现小型化高性能的光电探测器依然是一个难题。而表面等离激元结构由于其在纳米尺度上具有独特的聚光和操纵光的能力，可作为一种光响应材料为实现小型化高性能的光电探测器提供了可能。

文章亮点

近日，苏州大学江林教授和孙迎辉教授团队总结了近年来基于表面等离激元结构（包括金属纳米结构和非金属纳米结构）的光电探测器的研究进展，为后续开发小型化高性能的光电探测器提供了很好的借鉴意义。由于表面等离激元性质与纳米结构的尺寸、形貌、组分等因素有关，因此该综述重点归纳了多种通过调控纳米结构的表面等离激元性质来实现高性能的光电探测器的方法。综述分为三个部分，在第一部分，作者介绍了调控金属纳米结构和非金属纳米结构（掺杂半导体和石墨烯）实现独特的表面等离激元性质的方法。第二部分，作者概括了近几年来基于不同表面等离激元结构而开发的光电探测器及其工作机理。其中，作者将表面等离激元光电探测器分为两类，一类是基于金属纳米结构的表面等离激元光电探测器，这类光电探测器主要基于包括单粒子金属纳米结构、2D耦合的金属纳米结构，3D耦合的金属纳米结构和金属/绝缘壳层纳米结构等金属结构而开发；另一类是基于非金属纳米结构的表面等离激元光电探测器，其主要基于包括掺杂的半导体纳米结构和石墨烯纳米结构的非金属结构而开发。通过总结，作者发现利用合理的结构调控，可以实现表面等离激元纳米结构的光吸收和电磁场的优化和增强，从而实现高性能（宽检测范围、高响应度和响应速度）光电探测器的开发。最后作者提出了表面等离激元光电探测器发展的挑战和机遇，一是利用表面等离激元电探测器增强光电探测器的机理尚不明确，需要更加深入的研究和探讨；二是成本问题对于将实验室开发的表面等离激元光电探测器用于实际应用的限制亟待解决；三是基于非金属纳米结构的表面等离激元光电探测器的探索目前还处于初始阶段，其将吸引更多的关注。

图1. 基于金属纳米结构和非金属纳米结构的表面等离激元光电探测器

总结/展望

作者总结归纳了近年来通过调控表面等离激元性质来优化光电探测器性能的研究进展，对开发小型化高性能光电探测器具有重要的参考意义，推动了光电探测器集成化的发展。

相关论文发表在期刊ACS Materials Letters上，常熟理工学院张军昌副教授为文章第一作者，苏州大学江林教授和孙迎辉教授为通讯作者。

通讯作者信息：

江林教授，博士生导师

2000年7月获吉林大学化学学院获理学学士学位，保送本校化学学院硕博连读，于2005年6月获得博士学位。2006年获得德国洪堡基金会的资助，作为“洪堡学者”前往德国明斯特大学物理学院和纳米技术中心。2009年至2012年在新加坡南洋理工大学材料科学工程学院，2011年聘为资深研究员。随后任苏州大学功能纳米与软物质研究院教授，博士生导师。课题组的研究集中于功能纳米材料的可控组装、性能调控以及应用探索。通过对空间静电势能与纳米粒子之间静电相互作用的协同调控，实现了对纳米粒子组装体系的功能化与固定化，为纳米粒子的精准组装与功能化奠定了理论和实验基础，探索在光电转换、催化、太阳能电池、燃料电池等方面的应用。主要研究方向包括：1、纳米粒子的可控组装；2、光电功能复合材料与器件；3、基于3D打印技术开发的新型复合材料与器件。

代表性成果与论文：

目前已经在Acc. Chem. Res., Energy Environ. Sci., Adv. Mater., ACS Nano, Adv. Funct. Mater. 等国内外学术刊物上发表论文100余篇，论文总他引4700余次，多篇论文作为期刊的封面文章，或被Material Views China，X-MOL等媒体亮点报道。已获授权发明专利8项；撰写国际专著两部（章）；担任Chem. Rev.、Acc. Chem. Res.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.等20余个期刊的独立审稿人。获国家优秀青年科学基金和江苏省杰出青年科学基金资助，主持国家重点研发计划-政府间国际合作项目1项，国家自然科学基金面上项目2项，江苏省自然科学基金青年项目1项。

* 课题组主页：http://funsom.suda.edu.cn/7f/a2/c2735a32674/page.htm

孙迎辉教授，博士生导师

2000年于吉林大学获得理学学士学位，同年进入吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室王悦教授课题组硕博连读，于2005年获得博士学位。分别于2006-2009年和2009-2012年在德国明斯特大学和新加坡南洋理工大学从事博士后研究。2012年9月加入苏州大学能源学院。目前已在Adv. Mater., Adv. Sci., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, Angew. Chem. Int. Ed., Nano Energy., Small等杂志上发表研究论文90余篇。主持科技部国家重点研发计划“战略性国际科技创新合作”重点专项1项（子课题负责人），江苏省自然科学基金面上项目1项。

研究领域：低维无机纳米材料及其在新能源中的光、电催化应用

* 课题组主页：http://energy.suda.edu.cn/55/1d/c9713a415005/page.htm

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