近日，西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院杨如森教授课题组在材料领域国际顶级学术期刊《Advanced Materials》（影响因子为27.4）发表题为《Strong Anisotropy and GiantPhotothermoelectricityof One-Dimensional Alloy Nb3Se12I-based Photodetector for Ultrabroadband Light-Detection and Encryption Imaging Application》的研究成果。材料院博士生张建斌、光电院硕士生杨清玉、上海技物所胡震为共同第一作者，杨如森教授、李晓波副教授、刘飞教授、王林教授为共同通讯作者，第一通讯单位为西电材料院。
随着数字时代的发展，人们对增强信息传输和存储技术的需求持续爆炸式增长，信息安全也越来越受到重视。光子作为信息的基本载体，具有速度快、能量消耗小、容量大等特点，在信息传递和处理中具有不可缺少的重要作用。与单纯的光谱探测和成像相比，超宽带系统中光子的多重自由协同工程提供了前所未有的信息容量，为全天候监控、弱光能见度增强、安全成像和先进生物医学诊断等领域的应用开辟了机会。
传统的成像传感器是由硅制成的电荷耦合器件，无法辨别波长超过1100 nm的光。为了将探测范围扩大到这一极限之外，人们使用带隙更窄的其他半导体材料（如InxGa1-xAs和Hg1-xCdxTe）制造光子型光电探测器。然而，长波长的光探测需要严格的低温冷却条件，以最大限度地减少热激发噪声和暗电流，而在中波红外（尤其是太赫兹）区域工作的光电探测器体积庞大、功耗高，因此存在相当大的缺陷。此外，基于光电导和光门控效应的传统光子型探测器通常需要在沟道施加偏置电压，从而产生了影响性能的过量噪声。光热电器件不受材料带隙的限制，因此具有在任何特定波长的宽光谱上采集光的能力。偏振信息是独立于相位和振幅的另一种重要光学参数，偏振信息的加密具有很强的隐蔽性，从根本上避免了对信息的非法截取和篡改。因此，寻找同时具备热电特性和对偏振光敏感的材料对于研发新型检测和加密技术至关重要。
有鉴于此，杨如森教授团队与其合作者通过化学气相传输的方法，可控合成了准一维材料Nb3Se12I。基于此材料的光热电及光电导协同作用，制备出的光电探测器能够覆盖从深紫外（254 nm）到太赫兹（0.30 THz）的宽光谱响应范围，并具有快速准确的宽光谱成像能力。该探测器还展示了卓越的多重协同效应和高响应性，为高容量光学处理提供了有效的新策略。
进一步通过结合Nb3Se12I光电探测器的偏振敏感特性，首次提出了一种全新的偏振态与光热电电流协同加密成像/防伪技术。这种技术通过将加密后的信息转换为特定的极化状态，再通过专门设计的解密算法将其还原，极大地提升了信息传输过程的隐蔽性和安全性。此项研究成果不仅扩展了宽带光电探测器的材料库，也为未来高容量和安全通讯技术的发展提供了新的可能性。
此项研究工作受到国家自然科学基金委和西安电子科技大学研究生创新基金等项目资助。
Nb3Se12I晶体的结构示意图和表征
Nb3Se12I的TEM表征
Nb3Se12I探测器在紫外至红外光照射下的光电特性和响应机制
Nb3Se12I探测器的太赫兹响应特性
Nb3Se12I探测器的宽带探测和成像应用
基于Nb3Se12I偏振敏感特性与光热电效应的协同光学加密/防伪成像通讯
文章来源：西安电子科技大学
