(a) La configurazione per la determinazione del comportamento di trasporto dipendente dall'angolo. (b) Dipendenza angolare della fotocorrente del dispositivo a Vds =0,5 V e Vds =1 V, rispettivamente. (c) Vista dall'alto e vista laterale dell'orbitale che contribuisce alla fotocorrente. La freccia rossa indica l'angolo di polarizzazione della luce . (d) Il calcolo del trasporto quantistico della fotocorrente con diverso angolo polarizzato per tensioni di polarizzazione ± 0,5 V e ± 1,0 V, quando viene irradiata la luce della lunghezza d'onda di 800 nm. Credito:Science China Press
I fotorivelatori sensibili alla polarizzazione (PSPD) hanno applicazioni significative sia in ambito militare che civile. Però, gli attuali PSPD commerciali richiedono l'ausilio di dispositivi ottici come polarizzatori e ritardatori di fase per raccogliere le informazioni di polarizzazione della luce. È ancora un compito arduo realizzare PSPD senza filtri. Scienziati dalla Cina e dalla Corea del Sud preparano il β-InSe stratificato stabile e ottengono PSPD senza filtri ad alte prestazioni con un rapporto anisotropico fotocorrente elevato di 0,70.
Per estrarre le informazioni di polarizzazione della luce incidente, i fotorivelatori sensibili alla polarizzazione (PSPD) hanno significative applicazioni pratiche sia in ambito militare che civile, come il bio-imaging, telerilevamento, visione notturna, e mirini montati sull'elmetto per piloti di caccia. I filtri ottici combinati con i polarizzatori sono solitamente necessari per i fotorivelatori tradizionali per realizzare il rilevamento della luce polarizzata. Ma questo aumenterà le dimensioni e la complessità dei dispositivi.
Per ottenere un PSPD di piccole dimensioni, nanomateriali unidimensionali (1D) con anisotropia geometrica, come i nanofili, nanonastri e nanotubi, sono stati utilizzati come materiali sensibili per PSPD, che può identificare direttamente le informazioni di polarizzazione della luce incidente senza filtri ottici e polarizzatori. Però, non è un compito facile modellare e integrare questi nanocanali 1D per la produzione di massa di PSPD.
I semiconduttori bidimensionali (2D) stratificati atomicamente con bassa simmetria cristallina hanno recentemente un grande potenziale nei PSPD micro-nano a causa delle loro proprietà anisotrope intrinsecamente nel piano. Per esempio, SN, ReS 2 , GeS 2 , GeAs 2 , AsP e fosforo nero (BP) mostrano un evidente comportamento di anisotropia nel piano nel trasporto di vettori, conduttività termica, conduttività elettrica, trasporto termoelettrico e processi di assorbimento ottico. Hanno potenziali applicazioni in fotorivelatori sensibili alla polarizzazione, laser ultraveloci di polarizzazione, transistor ad effetto di campo di polarizzazione e sensori di polarizzazione. Tra loro, I PSPD basati su BP hanno il più alto rapporto di anisotropia fotocorrente di 0,59, beneficiando della sua elevata mobilità del vettore e della forte anisotropia nel piano proveniente dalla struttura cristallina a nido d'ape a bassa simmetria.
Ma i dispositivi optoelettronici basati su BP hanno un difficile problema di degrado ambientale. Seleniuro di indio stratificato 2D (InSe), che ha anche un'elevata mobilità dei portatori ed è più stabile di BP in ambiente atmosferico, hanno potenziali applicazioni in dispositivi optoelettronici ed elettronici ad alte prestazioni. Inoltre, le proprietà ottiche ed elettroniche anisotrope di InSe stratificato 2D sono state dimostrate nel 2019. In particolare, Il cristallo InSe ha tre politipi specifici, che sono in , , e fasi, rispettivamente. Tra loro, InSe in -fase e -fase appartengono a gruppi di simmetria. Solo l'InSe in fase (β-InSe) appartiene al gruppo dei punti di non simmetria, indicando che β-InSe mostra migliori proprietà optoelettroniche anisotrope rispetto agli altri due politipi.
Per ottenere PSPD ad alte prestazioni con una buona stabilità, il team di ricerca sui dispositivi optoelettronici avanzati guidato dal professor Han Zhang dell'Università di Shenzhen prepara il β-InSe stratificato 2D di tipo p stabile tramite il metodo del gradiente di temperatura. La natura anisotropa del β-InSe è stata rivelata da Raman ad angolo risolto. L'intensità dei modi vibrazionali fuori piano e nel piano mostra variazioni periodiche pronunciate con l'angolo di polarizzazione delle eccitazioni. Inoltre, la buona stabilità dei fiocchi di -InSe e dei loro dispositivi FET è stata dimostrata da misurazioni AFM a lungo termine e test delle prestazioni elettriche a ripetizione multipla.
I risultati sperimentali sono in buon accordo con i calcoli teorici che ci sono un forte trasporto anisotropo e una fotorisposta sensibile alla polarizzazione nei fiocchi di -InSe a strati 2D. Il rapporto anisotropo della fotocorrente del fotorilevatore β-InSe raggiunge 0,70, che si colloca al primo posto tra i PSPD basati su singolo materiale 2D. Il forte anisotropo Raman, le proprietà di trasporto e fotorisposta del β-InSe hanno potenziali applicazioni in fotorivelatori sensibili alla polarizzazione privi di filtri.
