湖南大学潘安练教授团队对二维材料偏振光相关的物理机理、光学特性及光电子器件进行综述总结，分析和讨论了偏振光响应的拉曼位移、光吸收、发光和高性能的光电子器件等，并展望二维材料的偏振光学特性将促进未来先进光电子器件的发展，相关成果以“Polarization Dependent Optical Properties and Optoelectronic Devices of 2D Materials.”为发表在Research2020上（Research, 2020 DOI: 10.34133/2020/5464258）。

研究背景

近年来，光电子信息器件迅猛发展，高性能光电子器件的发展方向正逐渐从信号强度的敏感探测，转向偏振态信息的超敏监测，在新型半导体材料和器件机理研究方面不断寻求新的突破。二维材料是一个丰富的低维半导体家族，作为新兴的原子级超薄材料，表现出独特的光、电、磁性能，诸如各向异性光学性质、能谷-光子自旋耦合、宽波段可调谐光子发射等。一些二维材料由于独特的原子结构排布表现出各向异性的能带结构或者非等价的能谷；一些二维材料容易与纳米光子结构耦合，表现出光子-激子强耦合、谷极化荧光动态调制等现象。二维材料正逐渐成为探究新颖科学问题和研发新型器件的未来材料体系。

研究进展

光的偏振态信息是继光的强度和频率以外的另一个维度的重要信息，在高精密的光电子系统的信号发生、传输和探测过程都有重要应用。新型的二维材料具有丰富的种类，其偏振光相关的光学特性和光电子器件研究已广泛报道。但是，针对二维材料偏振光响应的物理机制讨论、光学性质分析与总结、未来光电子器件应用展望等报道较少。湖南大学潘安练教授、李梓维副教授综述了二维材料偏振光相关的物理机理、光学特性和光电子器件应用，如图1所示。

图1   二维材料分类、偏振机制及器件应用

主要材料体系和物理机制可以被归类为：各向异性排列的原子晶体引起的各向异性光吸收和光发射，如黑磷（BP）、IV族单硫族化合物（MX, M=Sn, Ge, Re, X=S, Se）、IVB族三硫族化合物（MX3, M=Ti, Zr, X=S, Se）等；对称性破缺的六方晶格原子晶体引起的偏振光子-能谷耦合以及谷极化荧光调控，如过渡金属双硫族化合物（TMD，MX2, M=W, Mo, X=S, Se）、双层石墨烯、氮化硼体系等；二维材料与纳米光子结构异质集成引起的光子-激子强耦合、谷激子霍尔效应、谷激子定向传输、谷极化子器件等。基于以上物理过程，二维材料可以被制备为偏振响应的光电子器件、周期偏振光电流响应器件、能谷霍尔器件、偏振极化子器件、非线性器件、偏振态光发射器件等，在信号检测、偏振光源、宽波段调谐器和传感器领域具有广阔的应用前景。

未来展望

基于二维材料偏振光响应物理机制研究，二维材料在未来具有广阔的应用前景，一些研究方向和亟待解决的物理问题更值得关注。首先，二维各向异性材料或纳米光子结构耦合的二维材料在量子信息器件方面具有明显特质优势，相关非线性光学性质研究、谷量子态操控、量子信息器件等研究具有重要意义；另一方面，成熟的硅基微电子集成系统发展遇到了物理瓶颈，二维材料在尺寸和光电性质方面具有天然优势，解决二维材料和硅基CMOS的系统集成，研发低维半导体/硅基混合器件，解决下一代光电子信息器件的集成问题具有长远意义。因此，偏振有关的光电子学为低维材料科学和器件集成应用的蓬勃发展开辟了新的机遇。

      消息来源：蔻享学术