Negli ultimi anni, nuovi materiali bidimensionali (2D) hanno offerto discrete opportunità per sviluppare fotorilevatori a temperatura ambiente, ad alta velocità, ultrasensibili e a banda larga grazie alle loro strutture uniche e alle eccellenti caratteristiche fisiche. Tuttavia, lo spessore atomico dei materiali 2D ha inevitabilmente comportato il problema del basso assorbimento della luce.

Una soluzione promettente è la combinazione di nanomateriali plasmonici con materiali 2D per una migliore interazione luce-materia, che è già diventata un obiettivo di ricerca. L’eccitazione dei plasmoni di superficie nei metalli nobili consente campi elettromagnetici amplificati localmente che possono migliorare l’assorbimento della luce nei semiconduttori vicini di ordini di grandezza. Inoltre, il decadimento dei plasmoni di superficie genera effettivamente portatori caldi ad alta energia.

I portatori caldi iniettati nei materiali 2D non solo aumentano la fotocorrente raccolta dagli elettrodi, ma espandono anche le lunghezze d'onda rilevabili oltre il gap di banda del semiconduttore.

Per comprendere queste strutture e meccanismi ibridi, è necessaria una panoramica sistematica per estrarre e riassumere le strategie di progettazione dei fotorilevatori di materiali 2D potenziati da plasmoni, che possono fornire una guida completa per chiarire i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna strategia e quindi ottimizzare i sistemi assistiti da plasmoni. fotorilevamento in lavori futuri.

Un gruppo di ricerca della Southeast University ha fornito una panoramica dettagliata dei fotorilevatori di materiali 2D potenziati dal plasmone, concentrandosi principalmente sul chiarimento delle diverse modalità di ibridazione tra nanostrutture plasmoniche e materiali 2D. I meccanismi di fotorilevamento potenziato dai plasmoni sono stati introdotti nella prima sezione.

Quindi, hanno discusso le diverse modalità di accoppiamento legate alla struttura dei sistemi ibridi, che sono approssimativamente classificate rispettivamente in modalità guidata da LSPR, modalità guidata da SPP e altre modalità fotoniche ibride. Infine, hanno brevemente delineato i problemi ancora da affrontare e le potenziali direzioni nel futuro lavoro di ricerca.

In questa recensione, vengono riassunte le attuali strategie di progettazione adottate per l'attualizzazione del miglioramento plasmonico nei fotorilevatori di materiali 2D. Le nanostrutture plasmoniche sono ampiamente utilizzate sulla base degli effetti plasmonici indotti da LSPR, sia sotto forma di nanostrutture plasmoniche a strato singolo che funzionano in diverse modalità (come la modalità a contatto diretto, separata o incorporata) o risonatori plasmonici accoppiati a cavità che supportano plasmonici in modalità gap. risonanza.

Vengono discussi i fattori chiave che possono influenzare l'interazione della luce-materia e le caratteristiche di trasporto dei portatori nei fotorilevatori ibridi, inclusi materiali, forme, disposizioni e posizionamenti delle nanostrutture plasmoniche.

Inoltre, strutture plasmoniche modellate come strisce, nanogap e reticoli supportano la propagazione delle onde SPP che sono confinate nel campo vicino della superficie metallica, facilitando l'accoppiamento energetico potenziato tra metallo e materiali 2D entro una lunga distanza di propagazione.

Quando si utilizzano elettrodi metallici basati su SPP, l'energia luminosa lontana dal canale del materiale 2D può essere efficacemente raccolta e assorbita. Inoltre, viene introdotto anche il sinergismo di altre strutture/materiali fotonici funzionali e fotorilevatori di materiali 2D potenziati dal plasmone, con conseguente miglioramento delle prestazioni e nuove funzionalità.

I fotorilevatori di materiali 2D assistiti da plasmon migliorati dalle strategie di cui sopra hanno un grande potenziale per promuovere notevoli progressi in ampi campi di applicazione.

Vengono proposte diverse potenziali direzioni di ricerca che potrebbero essere utili per il futuro sviluppo di fotorilevatori di materiali 2D potenziati dal plasmone.

Innanzitutto, ci sono ancora molti aspetti che vale la pena esplorare riguardo alle strutture plasmoniche. Nonostante i ricercatori abbiano già studiato l'influenza dei parametri strutturali (morfologia, distribuzione della densità, ecc.) sulle prestazioni dei fotorilevatori di materiali 2D, fattori interni come la qualità dei cristalli non sono stati ancora completamente esplorati.

In secondo luogo, le strategie di cui sopra hanno riportato diversi meccanismi di funzionamento dominati dai materiali plasmonici integrati, mentre i modelli fisici abbinati e le condizioni applicabili per questi effetti plasmonici non sono stati completamente chiariti, il che è necessario per espandere questi concetti affascinanti dalla ricerca di laboratorio ai dispositivi commerciali.

In terzo luogo, l'ingegneria dell'interfaccia tra metallo e materiale 2D non è stata completamente esplorata nelle strutture ibride plasmoniche/materiali 2D.

Il lavoro è pubblicato sulla rivista Advanced Devices &Instrumentation .