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科研進(jìn)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(jìn)展

時(shí)間：2025-04-11編輯：量子信息技術(shù)研究中心

近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)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(xué)趙洪泉教授在二維材料與量子調(diào)控領(lǐng)域取得多項(xiàng)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(guó)際權(quán)威期刊，團(tuán)隊(duì)通過(guò)創(chuàng)新?lián)诫s技術(shù)和異質(zhì)結(jié)設(shè)計(jì)，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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)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(tuán)隊(duì)通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合，創(chuàng)新性地提出了基于過(guò)渡金屬硫族化合物（如 WS?、GeSe）的異質(zhì)結(jié)設(shè)計(jì)方案。例如，在 Er 摻雜 WS?材料中，團(tuán)隊(duì)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(cè)器的開(kāi)發(fā)奠定了材料基礎(chǔ)，相關(guān)成果發(fā)表于《Research》。此外，團(tuán)隊(duì)還在GeSe場(chǎng)效應(yīng)晶體管中實(shí)現(xiàn)了寬帶光響應(yīng)，其響應(yīng)速度與靈敏度達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平（ACS Applied Materials & Interfaces, 2019）。

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

團(tuán)隊(duì)聚焦二維狄拉克半導(dǎo)體材料的光電子學(xué)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(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的 WS?(Yb)/Te混合維范德華異質(zhì)結(jié)，通過(guò)界面能帶工程實(shí)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(tuán)隊(duì)還通過(guò)稀土元素?fù)诫s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(jì)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(lèi)異質(zhì)結(jié)器件

團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期注重產(chǎn)學(xué)研合作，其研發(fā)的高性能光電探測(cè)器與量子調(diào)控技術(shù)已與多家企業(yè)展開(kāi)合作。例如，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的基于Er3?/Yb3?共摻雜WS?的超靈敏光電探測(cè)器，在弱光探測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)異性能，有望應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)成像與環(huán)境監(jiān)測(cè)。此外，團(tuán)隊(duì)參與的重慶市自然科學(xué)基金項(xiàng)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。