研究背景
偏振敏感紫外日盲光探測器作為可見光和紅外光探測器的補充，在遙感、分析成像、信息加密和防偽、生物啟發式導航等領域具有廣泛的應用前景。例如，與傳統光通信系統相比，紫外光的傳播主要依賴于散射，可以繞過障礙物，非常適合短距離和抗干擾通信。另外，由于大氣臭氧層對200–300 nm范圍內紫外光的強烈吸收，在近地面日盲紫外光的背景噪聲非常低。因此，日盲紫外光光學通信系統具有抗干擾和高信噪比的特點，其研究具有重要的科學與技術意義。
在國家自然科學基金和科技部的支持下，化學研究所有機固體院重點實驗室董煥麗課題組在前期有機偏振光電材料與器件的研究基礎上（Adv. Mater. 2022, 34, 2105665；Adv. Mater. 2023, 35, 2301955），近期在高性能偏振敏感紫外日盲光探測器研究方面取得新進展。有機半導體材料具有分子結構可設計及輕薄柔等優勢，在實現柔性可穿戴光電探測器件方面展現了巨大的應用前景。但是通常有機半導體具有連續π電子共軛結構，擴展共軛系統通常會導致吸收紅移，吸收峰向長波方向移動，導致大部分材料在可見光區域內具有光學吸收，難以實現紫外日盲光探測的需求。該課題組研究人員選擇了核心功能層高遷移率反式-1,2-雙(5-苯基二噻吩并[2,3-b:3′,2′d]噻吩-2-基)乙烯（BPTTE）半導體的獨特扭轉分子構象。這種分子構象賦予BPTTE分子高效電荷輸運的同時展現了寬帶隙特性。BPTTE分子光學帶隙為3.1 eV，具有紫外日盲吸收特性。單晶數據和理論計算研究分析表明，在BPTTE單個晶胞中沿b軸方向的分子躍遷偶極矩矢量相消，矢量和為0 Debye，揭示了BPTTE分子在bc晶面內具有顯著的本征各向異性和強的各向異性光吸收特性。通過角分辨偏振拉曼光譜和偏振吸收光譜等技術進一步詳細全面表征了BPTTE單晶在面內分子振動、光學吸收上的本征各向異性。BPTTE分子晶體高吸收二色性比、強紫外和日盲的吸收特性預示其在高偏振紫外日盲光探測器方面的潛在應用。基于BPTTE單晶構筑的光探測器二向色性比高達4.26，是目前有機偏振敏感紫外光探測器中的最高值之一。在電壓調制條件下，以BPTTE單晶為核心功能層構筑的光探測器對偏振紫外光的高效穩定探測得到驗證。最后，基于BPTTE單晶光電探測器成功演示了高對比度偏振成像和抗干擾成像，凸顯了有機半導體在偏振敏感紫外日盲光探測器領域的潛力。相關的研究成果近期發表在先進材料上（Adv. Mater.2024,2404309），論文第一作者為博士生張鈺，通訊作者為董煥麗研究員和特別研究助理秦正生。
▲ 高偏振紫外日盲光探測器及其偏振和抗干擾成像演示
來源：中國科學院化學研究所
