中科北理纳米线-量子点探测器革新红外偏振技术

红外偏振探测技术在深空观测、生物医学成像、工业无损检测等高端领域的重要性日益凸显，但长期以来，如何在拓展探测波长至红外波段的同时，保留优异的偏振识别能力，一直是仪器设备领域的技术痛点。近日，中国科学院物理研究所、半导体研究所与北京理工大学的联合团队，通过Sb₂Se₃纳米线与PbS量子点的创新性耦合，成功攻克这一难题。

在偏振探测领域，Sb₂Se₃纳米线是公认的“潜力股”——其固有的正交晶体结构带来了天然的各向异性，在偏振信号识别上具备独特优势。但受制于材料本身的带隙特性，纯Sb₂Se₃纳米线探测器的探测波长被牢牢限制在1000nm以下，无法涉足1.31μm、1.55μm等主流红外应用波段，这也让其在高端仪器场景中的应用大打折扣。

为突破这一局限，联合团队将目光投向了量子点耦合技术。“量子点与纳米线的异质结构建，是提升光电探测器性能的成熟思路，但难点在于如何优化界面载流子传输效率，避免两种材料结合后出现性能‘内耗’。”团队核心研究人员介绍，他们通过长链配体向短链配体的精准交换，有效降低了Sb₂Se₃纳米线与PbS量子点界面的电荷传输阻力，让异质结结构的光电响应效率实现质的飞跃。

实测数据印证了这一设计的有效性。这款新型异质结探测器不仅成功将探测波长拓展至1.55μm红外波段，更关键的是实现了偏振探测能力在该波段的同步覆盖，彻底打破了纯Sb₂Se₃纳米线器件的应用边界。具体来看，其对1.31μm红外光的响应度达到1.12 A/W，1.55μm波段响应度为0.86 A/W；对应的偏振二向色性比分别为1.38和1.58，稳定性完全满足高端仪器的实际使用需求。

借助紫外光电子能谱分析，团队进一步揭开了性能提升的内在机理：异质结界面形成的光生载流子分离效应，显著强化了Sb₂Se₃纳米线缺陷能级对红外偏振光的吸收能力，正是这一核心机制，让偏振探测波长成功跨越至1.55μm波段，为同类器件的设计提供了可复用的技术逻辑。

该团队并未止步于器件性能突破，而是进一步探索了技术的落地潜力。他们基于这款探测器的红外偏振响应度，构建了专属卷积核，结合人工神经网络实现了图像特征的高效提取，不仅降低了数据冗余和噪声干扰，更显著提升了复杂场景下的图像识别精度——这一跨界融合设计，让该器件有望直接适配高端红外成像仪器，加速从实验室走向实际应用的进程。

从制备工艺来看，团队采用的技术路径具备较强的产业化基础：通过化学气相沉积法制备高质量Sb₂Se₃纳米线，液相法合成直径均匀的PbS量子点，再经旋涂工艺完成异质结构建，整套流程兼容现有光电器件生产线，为后续规模化量产降低了技术门槛。

“这一研究不仅解决了红外偏振探测的核心技术瓶颈，更提供了‘纳米线+量子点’异质结的创新设计思路。”专家评价道，随着技术的进一步优化，这款探测器有望替代部分进口产品，应用于深空探测望远镜、高端医疗影像设备、工业精密检测仪器等场景，推动我国红外偏振探测仪器向高性价比、高性能方向升级，具备广阔的市场前景与行业价值。