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第一作者：张百慧、敖志康
通讯作者：钟绵增、李宏建、张正伟
通讯单位：中南大学
论文
DOI
：
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01745
【全文速览】
为了实现混维结构的高效无损制造，
中南大学物理学院张正伟教授
，李宏建教授，钟绵增副教授（共同通讯作者）
等合作提出了一种
WSe
2
一维
/
二维（
1D/2D
）同质结构
，通过巧妙的自组装策略实现了具有稳健界面混维结构的精确构造，确保了无损的过程。基于此
WSe
2
1D/2D
同质结构构建的光电器件表现出
宽光谱范围（从可见到近红外区域）的自驱动光检测和偏振敏感光检测能力。
通过该结构实现的自驱动光电检测策略得到了理论计算的支持。得益于零偏置电压下的超低暗电流，器件的开
/
关比和探测率分别达到
1.5
×
10
3
和
3.24
×
10
9
Jones
。此外，
WSe
2
1D/2D
同质结的显著各向异性归因于其低对称性，使得极化敏感检测成为可能。在没有任何外部偏置电压的情况下，该器件在波长为
638
和
808 nm
的光照下表现出较强的线性二向色性，各向异性比分别为
2.06
和
1.96
。这项工作通过巧妙的结构和组装策略设计，在零偏置电压下实现了的高性能光电检测，标志着向实际的可穿戴和柔性电子设备迈出的重要一步，驱动了二维材料形态工程和低功耗光电器件领域的发展。文章以“
Self-Rolled-Up WSe
2
One-Dimensional/Two-Dimensional Homojunctions: Enabling High-Performance Self-Powered Polarization-Sensitive Photodetectors
”为题发表在纳米科学领域顶级期刊
Nano letters
上。
【研究背景】
混维（
MD
）结构，将二维（
2D
）材料与其他低维对应材料相结合，显示出如量子效应和增强界面等独特的物理特性，在自供电设备、高效电子学和光电子学方面显示出了巨大的应用前景。目前，混维异（同）质结构的实现很大程度上依赖于非共价键合的范德华（
vdW
）组装，通常使用人工堆积或外延生长的方法来实现结构。人工堆叠方法可能无意中在界面处引入结构缺陷和杂质，这可能导致光电器件性能退化或失效。而混维结构外延生长的挑战在于缺乏悬挂键的
2D
材料需要比在其他材料表面上进行晶体的成核和生长时更高的能量势垒。此外，外延条件往往涉及高温和极端的化学氛围，这可能会对二维材料造成损伤，导致材料质量下降或晶体变形。因此，
对制造混维结构的技术的优化和新技术的进步仍然是一个持久的挑战
。
【图文分享】
图
1. 1D/2D WSe
2
同质结的自组装示意图以及第一性原理计算的
1D WSe
2
、
2D WSe
2
的能带结构。
图
2. 1D/2D WSe
2
同质结的光学、
SEM
、
TEM
表征。
图
3.
自供电
WSe
2
1D/2D
同质结光电探测器的性能研究。
图
4. WSe
2
1D/2D
同质结的自驱动偏振敏感光检测。
图
5.
基于
WSe
2
1D/2D
同质结的自供电光成像应用。
【总结与展望】
综上所述，该团队从理论和实验的角度展示了一种独特的
2D
材料形态工程策略，实现了高质量混维结构的可控制造，并应用于高性能自供电光电设备。其核心依赖于二维材料的柔性特性，以显著地减少材料损伤。通过对这种卷曲行为的精确控制，得到了具有稳健共价键接触的
WSe
2
1D/2D
同质结。这种新型结构能够在广光谱范围内实现自供电偏振敏感检测，并成功应用于光成像。这些发现为二维材料的自组装建立了一个新的范式，并为未来的高性能、自驱动和偏振敏感的宽带光电检测应用提供了一个可行的策略。
【课题组介绍】
张正伟
，中南大学物理学院特聘教授。国家自然科学基金青年项目，中南大学特聘教授启动项目，湖南省自然科学优秀青年基金，长沙市自然科学基金项目负责人。在
Science
、
