南湖新聞網訊（通訊員 雷紅偉）近日，我校yl7703永利光機電共性技術與裝備團隊研發出一種基于钯（Pd）摻雜的铯銀铋溴(Cs₂AgBiBr₆)無鉛鈣钛礦的紅外光電探測器，相關研究成果以“Palladium-Doped Cs2AgBiBr6 with 1300 nm Near-Infrared Photoresponse”為題在Small期刊上在線發表。

作為一種重要的農業傳感器，紅外探測器在農業領域有着廣泛的應用。紅外探測器可以用于作物健康監測和産量評估，通過分析植物的紅外反射特性, 識别病蟲害、水分脅迫和營養不足等問題；可以精準測量土壤的水分含量，實現精準灌溉；在溫室環境中, 紅外傳感可以監控溫度和濕度, 确保最佳的生長條件；同樣地，紅外探測技術也可應用于動物的健康監控。

當光照射到半導體材料上時，光子被材料吸收，電子從低能量狀态（位于價帶）躍遷到高能量狀态（位于導帶），如果給材料加上電壓，就能引導這些躍遷的電子在半導體材料中流動，産生可測量的電流信号，從而實現光探測。目前商業化的紅外探測器主要使用窄帶隙(0-1.45 eV)的HgCdTe（中紅外、遠紅外）或InGaAs（近紅外）等半導體作為核心材料，但是這些材料價格昂貴，環境不友好，制備工藝複雜且良品率低。

針對上述問題，研究人員選取制備簡單、低成本、無毒、穩定的鹵化物雙鈣钛礦Cs₂AgBiBr₆為主體，創新性地在禁帶寬度相對較寬的（2.0 eV）Cs₂AgBiBr₆中摻入微量的钯（Pd）元素，将其光吸收譜的截止邊從570 nm大幅拓寬至約1400 nm，這是目前報道的Cs₂AgBiBr₆以及窄帶隙鉛基或無鉛鈣钛礦材料中最寬的吸收範圍。系統性的實驗研究以及第一性原理計算表明，Pd²⁺離子成功摻入到了主晶格中并部分取代了Ag⁺。研究發現，Pd摻雜不會對主體材料的禁帶寬度和晶格參數産生明顯影響，摻雜劑的Pd(d)軌道态在主帶隙即價帶和導帶之間形成了子帶隙中間能級，這些子帶隙位于距離價帶約0.9 eV的位置，顯著拓寬了Cs₂AgBiBr₆的吸收範圍。在擴展光吸收後，研究人員進一步制造了單晶近紅外（NIR）光電探測器，發現引入子帶隙中間能級後，摻Pd的Cs₂AgBiBr₆在亞帶隙态即能量小于2.0 eV的光激發下也可以實現光載流子的生成，單晶探測器的光響應區域可以擴展至1300 nm，這也是目前報道的鉛基和無鉛鈣钛礦材料中最寬的光響應區域。該研究證實了子帶隙在拓寬鹵化物雙鈣钛礦吸收和光響應方面的有效性，為利用摻雜來調控半導體光電特性以及基于較寬禁帶寬度半導體制備紅外探測器提供了新思路。

單晶紅外探測器在不同波長下的光響應以及紅外光探測機理

yl7703永利雷紅偉副教授為論文的第一作者，yl7703永利譚佐軍教授、林雪平大學季付翔博士和高峰教授為論文共同通訊作者。永利化學學院碩士研究生李小燕(已畢業)、關海宇(已畢業)，捷克科學院高分子化學研究所Libor Kobera教授，華中科技大學李德慧教授、林庭浩博士和林雪平大學Igor A. Abrikosov 教授、Sergei I. Simak教授、Utkarsh Singh等參與了本項研究。該研究得到了湖北省自然科學基金、武漢市自然科學基金和中央高校基本科研業務費項目的支持。

論文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202404188

審核人 譚佐軍

來源：南湖新聞網http://news.hzau.edu.cn/info/1010/17915.htm