文章介绍了一种具有多控制状态的偏振光电探测器，该探测器基于Ta2PdSe6/MoTe2半金属/半导体异质结构建立。该器件配备了多控制状态，实现了多值编码通信和偏振成像应用。通过双电控制状态（栅极和偏置）以及双光控制状态（光强和偏振角），实现了高性能的偏振成像和通信系统的多值逻辑传输。该文章发表在Advanced Functional Materials上。
偏振光电探测器在提高目标与周围环境的对比度，以及生物成像、遥感和军事领域有潜力。早期探测器复杂且不适合数据中心时代要求。因此，开发高灵敏度、小型化的无偏光镜偏振光电探测器是必要的。
介绍新兴各向异性二维半导体如BP、GeAs和GeSe在无偏振光探测器中的潜力。提出基于Ta2PdSe6/MoTe2的半金属/半导体异质结构建立的极化光电探测器，该器件配备了多控制状态，实现了多值编码通信和偏振成像应用。
通过双电控制状态（栅极和偏置）在808 nm照明下，探测率提高了两个数量级，PR值可调。通过双光控制状态实现了编码光通信系统的多值逻辑传输。偏振成像系统增强了在不同控制状态下区分物体特征的能力。
介绍了文章的作者和发表信息，并提供了文献链接。同时提到了上海昂维科技有限公司提供的二维材料单晶、薄膜等耗材、器件和光刻掩膜版定制等微纳加工服务，以及各种测试分析服务。
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背景介绍
偏振光探测器通过增加新的偏振态自由度，可以提高目标与周围环境的对比度，在生物成像、遥感和军事领域显示出更大的潜力。早期的偏振光探测器配备了复杂的光学系统，如偏振光片和四分之一波片，这使得它们不适合数据中心时代对光电器件的高完整性要求。因此，为了满足高分辨率偏振成像相机日益增长的需求，开发一种高灵敏度、小型化的无偏光镜偏振光电探测器是必不可少的。
新兴的各向异性二维半导体，如BP、GeAs和GeSe，利用其强线性二色性和无悬空键表面，在无偏振光探测器中表现出了很好的潜力。此外，二维拓扑半金属如PdSe2、TaIrTe4、1T-MoTe2及其异质结构也表现出增强的偏振敏感光探测特性，在光通信和偏振成像方面具有相当大的应用潜力。然而，这些偏振型光电探测器主要依赖于各向异性光吸收引起的光电流振幅变化，呈现出固定且有限的偏振比（PR）值。这就导致了编码通信中数据传输的低容量和不同极化状态下图像识别的低精度。
为了应对这些挑战并增强二维偏振光探测器的潜在应用，开发提高探测器PR值可重构性和光响应性的策略至关重要。
有鉴于此，华南师范大学霍能杰研究员，孙一鸣副研究员与国防科技大学周朴研究员，共同提出一种基于Ta2PdSe6/MoTe2的半金属/半导体异质结构建立的极化光电探测器，该器件配备了多控制状态，实现了多值编码通信和偏振成像应用。
通过双电控制状态（栅极和偏置），在808 nm照明下，探测率提高了两个数量级，从3.6×10^10到2.19×10^12 Jones， PR从3.8到8.14可调。通过双光控制状态（光强和偏振角）的额外组合，实现了对具有更高数据速率和存储容量的编码光通信系统的多值逻辑传输。此外，偏振成像系统将DOLP从0.51提高到0.8，从而增强了在不同控制状态下区分物体特征的能力。这项工作提出了一种具有多控制状态的偏振光电探测器，展示了下一代光学数据处理和先进成像技术的巨大潜力。
该文章以“Polarimetric Photodetectors with Multi-Control States for Multi-Valued Encoding Communication and Polarization Image Applications”发表在顶级期刊Advanced Functional
Materials上。
图文介绍
图1、Ta2PdSe6的表征及各向异性。
a)Ta2PdSe6的原子晶体结构。b,c)Ta2PdSe6的HRTEM图像，对应Ta，Pd，Se原子的EDS元素映射。d)体Ta2PdSe6的理论能带结构。e)体Ta2PdSe6的实验拉曼光谱与相应的计算声子振动模式。f)Ta2PdSe6的角分辨偏振拉曼映射。g-i)A3g、B2g和A5g的拉曼强度极坐标图。
图2、Ta2PdSe6/MoTe2异质结的表征及栅极可调谐能带分布图。
a)Ta2PdSe6/MoTe2异质结器件示意图。b,c)具有相应EDS元素映射的Ta2PdSe6/MoTe2界面截面透射电镜图像。d)Ta2PdSe6/MoTe2界面电荷密度差。白色表示Ta原子，橙色表示Pd原子，蓝色表示Se原子，黄色表示Mo原子，粉色表示Te原子。紫色区域代表电子聚集区域，青色区域代表空穴聚集区域。e)多层MoTe2的理论能带结构。f,g)接触前后Ta2PdSe6/MoTe2异质结的能带对准。h,i)Ta2PdSe6/MoTe2异质结在不同栅极电压下的能带对准。
图3、808 nm激光下Ta2PdSe6/MoTe2器件的栅压调制光电特性。
a、b)不同栅极电压（40 V和0 V）光功率密度增大时的ISD mapping。c)Ta2PdSe6/MoTe2器件的时间分辨光响应。d-h)R、EQE、D*、开关比和LDR随双电控制状态（Vg和VSD）的变化。i)光功率密度为55.4 mW cm
−
2时器件的响应速度。
图4、Ta2PdSe6/MoTe2器件的偏置和栅极可调偏振灵敏度。
a)偏振分辨光电流测量原理图。b-f)四个控制状态（VSD=0 V和VSD=-1 V时Vg=0 V (40 V)）下的偏振光响应和相应的极性图。g)基于各向异性二维材料和异质结极化敏感光电探测器PAS与PR值的比较。h)基于不同结构的偏振敏感光电探测器的PR值比较，包括单器件、半金属器件、2D/2D器件、和混合维器件。
图5、基于编码通信系统的Ta2PdSe6/MoTe2器件的多逻辑状态输出。
a,b)基于Ta2PdSe6/MoTe2器件的多控制状态多值编码示意图。c)四种控制状态的编码规则。d-f)控制四种状态（光强、偏振角、栅极电压）和偏置，实现逻辑门的输出。g)编码通信系统中发送ASCII码和解码“NUDT”的输出信号。
图6、808 nm激光下基于Ta2PdSe6/MoTe2的单像素偏振成像应用。
a)基于Ta2PdSe6/MoTe2的单像素偏振成像系统原理图。b、c)实时光电流原始数据采集及对应位置颜色映射。d)计算DOLP的偏振成像机理图。e,f)两种不同控制状态（VSD=0 V, Vg=40 V和VSD=-1 V, Vg=0 V）下4个不同角度(0°,45°,90°,135°)偏振图像。g,h)计算两种相同控制状态下DOLP成像结果。
结论与展望
综上所述，我们开发了一种具有多控制状态的基于Ta2PdSe6/MoTe2的偏振光电探测器，实现了性能指标的调制，并应用于多值逻辑传输和偏振成像。利用双电控制状态（栅极和偏置）和双光控制状态（光强和偏振角），实现多值逻辑传输，解码光通信系统，具有更高的传输效率和信息密度。此外，还实现了偏振成像系统，DOLP从0.51提高到0.8，可以更好地区分物体特征。这种基于多控制状态的偏振光电探测器在未来的通信系统和成像技术中具有广阔的应用前景。
文献信息
J. Xiong, Q. Yu, B. Liu, S. Li, Y. Luo, J. Li, J. Zhang, J. Wu, Z. Yang, J. Leng, Y. Sun, Z. Jiang, N. Huo, P. Zhou, Polarimetric Photodetectors with Multi-Control States for Multi-Valued Encoding Communication and Polarization Image Applications.
Adv. Funct. Mater.
2025, 2423280.
文献链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202423280
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