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科研進展

重慶研究院在二維材料光電性能調(diào)控領(lǐng)域取得系列進展

時間：2025-04-11編輯：量子信息技術(shù)研究中心

近年來，中國科學院重慶綠色智能技術(shù)研究院量子信息技術(shù)中心石軒副研究員與南華大學趙洪泉教授在二維材料與量子調(diào)控領(lǐng)域取得多項創(chuàng)新成果，相關(guān)研究成果分別發(fā)表于《Research》《ACS Applied Materials & Interfaces》《Advanced Optical Materials》等國際權(quán)威期刊，團隊通過創(chuàng)新?lián)诫s技術(shù)和異質(zhì)結(jié)設(shè)計，成功提升了二維材料的光響應(yīng)性能，為下一代光電器件與量子技術(shù)奠定了堅實基礎(chǔ)。

團隊長期致力于固態(tài)量子系統(tǒng)的相干調(diào)控研究，在二維材料制備與器件集成方面成果顯著。團隊通過理論與實驗結(jié)合，創(chuàng)新性地提出了基于過渡金屬硫族化合物（如 WS?、GeSe）的異質(zhì)結(jié)設(shè)計方案。例如，在 Er 摻雜 WS?材料中，團隊發(fā)現(xiàn)高濃度摻雜可有效抑制鎢空位形成，顯著提升材料的光吸收效率與載流子遷移率，為高性能光探測器的開發(fā)奠定了材料基礎(chǔ)，相關(guān)成果發(fā)表于《Research》。此外，團隊還在GeSe場效應(yīng)晶體管中實現(xiàn)了寬帶光響應(yīng)，其響應(yīng)速度與靈敏度達到國際先進水平（ACS Applied Materials & Interfaces, 2019）。

圖1? 高濃度摻雜的WS2(Er)二維材料、GeSe場效應(yīng)晶體管及GeSe/WS2(Er)薄膜范德華異質(zhì)結(jié)器件

團隊聚焦二維狄拉克半導體材料的光電子學研究，在異質(zhì)結(jié)界面調(diào)控與器件性能優(yōu)化方面取得突破。團隊設(shè)計的 WS?(Yb)/Te混合維范德華異質(zhì)結(jié)，通過界面能帶工程實現(xiàn)了高效的光電轉(zhuǎn)換，相關(guān)成果發(fā)表于《Advanced Optical Materials》（2024）。此外，團隊還通過稀土元素摻雜策略，成功調(diào)控了WS?/WSe?異質(zhì)結(jié)的電子結(jié)構(gòu)與發(fā)光特性，其器件在近紅外波段的響應(yīng)度提升數(shù)倍（Materials Today Chemistry, 2024）。這些成果為光通信、光計算等領(lǐng)域提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

圖2? 基于高濃度稀土摻雜WS₂二維材料的各類異質(zhì)結(jié)器件

團隊長期注重產(chǎn)學研合作，其研發(fā)的高性能光電探測器與量子調(diào)控技術(shù)已與多家企業(yè)展開合作。例如，團隊開發(fā)的基于Er3?/Yb3?共摻雜WS?的超靈敏光電探測器，在弱光探測領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)異性能，有望應(yīng)用于生物醫(yī)學成像與環(huán)境監(jiān)測。此外，團隊參與的重慶市自然科學基金項目“量子體系熒光共振能量轉(zhuǎn)移的研究與應(yīng)用”，正探索量子技術(shù)在生物傳感與醫(yī)療診斷中的創(chuàng)新應(yīng)用。