【奋进“双一流”】信息学部张永哲教授团队在新型光电子器件与芯片研究领域取得重要进展
近日，北京工业大学信息学部张永哲教授团队与新加坡南洋理工大学王岐捷教授团队、美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授团队合作在新型光电子器件与芯片研究领域所取得重要研究成果，被国际权威期刊《Nature Communications》（论文共同第一作者为邓文杰博士、郑子龙副教授、李菁桢助理研究员）和《Advanced Materials》(第一作者为邓文杰博士)先后在线发表，北京工业大学均为第一完成单位。上述研究得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金等项目的资助。
光谱信息探测芯片的开发是新一代信息技术发展的重要研究方向之一。目前，大多数技术路线都采用具有不同光谱响应的光电探测器阵列，或者需要精细集成微米和纳米光学模块，上述依赖于分光物理结构的工作机制面临工艺难度高、光程差限制系统小型化等关键问题。因此，张永哲教授课题组及其合作团队段镶锋教授课题组首次提出了一种基于二维范德华异质结构的超微型片上光谱仪的设计。通过在范德华异质结之间引入具有离域电子轨道的重金属原子，极大地增强了层间耦合并实现了外部电场可调的近红外光响应（1.15 至 1.47 μm）。结合栅控可调的光响应和回归算法，在器件有源区域面积小于10 μm的设备中实现了光谱重建和光谱成像。考虑到超小尺寸和简单的制造工艺，具有可设计带隙能量和增强光响应的范德华异质结构为片上红外光谱提供了有吸引力的解决方案。
片上可集成的偏振态测量仪是未来高端光电子芯片开发的重要研究方向之一。依赖于人工偏振光学物理结构的路线仍然面临损耗大、工艺难度高等问题。基于天然具有各向异性光学性质的材料体系进行偏振测量技术的进一步开发是具有重要潜力的。鉴于此，张永哲教授课题组及其合作团队王岐捷教授课题组首次提出“用于全线偏振检测的具有天然各向异性的可切换单极势垒范德华异质结构”前沿设计理念。在单势垒能带结构工程的指导下，以b-AsP/WS2/b-BP范德华结构为例，在中红外波段获得了偏置电压可选择的线偏振光电响应特性，揭示了该微器件实现全线偏振态测量的工作机制，并通过基于琼斯矢量描述的偏振态成像演示验证了该器件的实际应用价值，为片上可集成的偏振测量仪器提供了一条具有重要意义的思路。
