偏振敏感型光电探测器可以高效采集光信号、屏蔽光噪声，并在复杂环境下提高目标识别率，广泛应用于导航、传感器、光学开关等领域。传统偏振探测器需要偏振片、透镜系统、检测元件等复杂的结构和制作工艺，这就阻碍了光电器件的小型化和集成化。具有偏振特性的低维各向异性材料因拥有微小的尺寸、丰富的结构、强的光与物质相互作用和良好的兼容性，被认为是下一代偏振探测器的候选者。低维各向异性材料一般包括二维和一维材料。二维材料，如黑磷，拥有各向异性晶体结构和高光学灵敏度，可以对偏振光进行探测。由于维度的限制，基于二维材料的偏振探测器只能实现单面探测。一维材料，特别是一维纳米/微米结构，具有晶体结构的各向异性。利用一维纳米结构材料，如磷化铟，可以实现偏振光探测。一维纳米结构因为直径远小于探测波长，但长度却远大于波长，其偏振敏感性主要来源于几何结构的各向异性。通常，当入射光的偏振方向平行于一维纳米结构的长轴时，偏振光电流最大。所以，对于一维纳米结构材料，晶体结构的各向异性和多面结构对偏振敏感性的影响常被忽略。因此，基于低维材料的偏振探测器仅限于几何结构的单面，低维多面偏振探测器还尚未被发掘，揭示各向不同物理特性。
针对上述问题，南京航空航天大学阚彩侠教授团队与复旦大学方晓生教授、南方科技大学苏龙兴教授合作，通过化学气相沉积法生长出高结晶质量的硒化锑（Sb2Se3）微米带，并成功实现了基于Sb2Se3微米带的双面偏振探测器。Sb2Se3微米带的偏振探测器从宽的辐照面到窄的辐照面，偏振敏感性出现了明显的垂直反转。相关研究成果以“Perpendicularly Reversed Polarization Sensitivity of Double-faced Photodetection based on Sb2Se3 Microbelt”为题于2022年8月25日发表在Advanced Functional Materials上。
图1、所制备的Sb2Se3微米带结构
如图1所示，采用化学气相沉积法合成了高结晶质量的一维Sb2Se3微米带。以MXene为对称电极，制备出光电导型探测器件。探测器表现出良好的近红外探测性能，最大光响应波长位于~1050 nm，并具有良好的重复性和较快的光响应速度。角分辨拉曼谱揭示了Sb2Se3微米带在三个轴向上的非对称性和各向异性，与拉曼张量的理论预测一致。
对Sb2Se3微米带探测器进行偏振光电流测试，其中宽侧面和窄侧面均作为辐照面。如图2所示，基于Sb2Se3微米带的偏振探测器，从宽辐照面到窄辐照面，偏振敏感性有明显的垂直反转。各向异性比从1.18逐渐降低为0.87。根据有限元分析，一维几何形态的各向异性不是Sb2Se3微米带偏振敏感性的原因。基于第一性原理计算，垂直反转的偏振敏感性来源于晶体结构各向异性引起的光学各向异性。
图2、Sb2Se3微米带双面探测器的偏振敏感特性
南京航空航天大学博士生万鹏为第一作者，南京航空航天大学阚彩侠教授、姜明明教授与复旦大学方晓生教授为论文的共同通讯作者。该研究成果得到了国家自然科学基金、南京航空航天大学重大科技成果培育基金、南京航空航天大学博士学位论文创新与创优基金等项目的资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202207688
