在光探测方面，集成半导体超表面的微型光探测器可感知光的波长、偏振和角度，但通常受带隙限制，仅适用于特定光谱范围，如可见光、近红外或中红外。然而，现有热电材料（如MoS2、WSe2、PdSe2）的光吸收率较低。此外，基于Bi2Te2Se-Sb2Te3的热电探测方案大多局限于可见光范围，部分研究虽利用光学腔实现中红外探测，但整体而言，当前热电探测器的光谱覆盖范围仍然有限。本研究设计了一种基于Sb2Te3纳米结构的热电光探测器，利用其独特的光学和热电特性，实现了宽光谱范围内的高效探测。该探测器采用Sb2Te3条带结构，一端集成超表面以增强光吸收，从而在光照下形成温度梯度，产生可测量的电压差。通过设计不同结构参数的Sb2Te3纳米结构，可以实现对特定波长的共振吸收，覆盖比传统带隙受限光电探测器更广的光谱范围。研究内容1：Sb2Te3纳米结构通过等离子共振（532nm处）增强局部电场，提高光吸收率，实验测得吸收率达97%。热场模拟显示，超表面结构可使温差提升至6.0K，而未结构化的Sb2Te3仅为1.0K。研究内容2：Sb2Te3高折射率在偏振敏感光探测中的应用，该结构在4.5 µm处存在明显吸收差异，且在0°偏振下的电场与吸收强度均高于90°偏振。创新点：在可见光范围（300-760 nm），Sb2Te3表现出等离子共振特性，其中532 nm处的共振吸收达到峰值，并伴随局部电场增强，提高光吸收效率。在中红外范围（2-10 μm），由于其高折射率（5.7-6.5），Sb2Te3表现出米氏共振（Mie Resonance），在5.8 μm处形成高Q因子共振，增强光局域性。文章结论利用锑化碲（Sb2Te3）的光学和热电特性，通过研究其在可见光波段的等离子共振吸收和在中红外波段的Mie共振吸收，优化了光吸收能力，实现最大吸收率约97%（532 nm）。此外，该超表面器件还可用于线偏振选择性光探测。启发：结合热电效应和纳米光学设计可实现高效、宽谱光探测。
文献来源:Advanced Science， https://doi.org/10.1002/advs.202413858
作者：Shutao Zhang, Shu An, Mingjin Dai, Qing Yang Steve Wu, Nur Qalishah Adanan, Jun Zhang, Yan Liu, Henry Yit Loong Lee, Nancy Lai Mun Wong, Ady Suwardi, Jun Ding, Robert Edward Simpson, Qi Jie Wang, Joel K. W. Yang, Zhaogang Dong
发表日期: 2025
报告人：胡楠楠
