倪振华和吕俊鹏课题组在表面等离激元热电子光电转换研究中取得新进展

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东南大学物理学院倪振华教授和吕俊鹏教授课题组利用表面等离激元诱导的热电子转移实现快速近红外光电探测，相关成果以“Fast Photoelectric Conversion in the Near-Infrared Enabled by Plasmon-Induced Hot-Electron Transfer”为题发表在材料学领域重要刊物Advanced Materials上。
       红外探测器在光通讯、成像、环境监测、军事等领域有着十分广泛的应用，实现兼备快速响应和高灵敏度的红外探测器是拓展其应用的有力保证。在光电探测、太阳能电池及光催化等应用中，电荷转移是决定光电转换性能至关重要的环节。如果转移速度不足够快，载流子的弛豫、束缚、复合等竞争过程的发生将会导致能量损失并严重制约光电转换的效率和速度。如何从载流子动力学层面上优化并实现快速高效的光电转换一直是该领域所面临的挑战。

       在本工作中, 倪振华教授和吕俊鹏教授课题组制备了亚计量氧化钨(WO2.9)/石墨烯(graphene)复合结构近红外光电探测器，并系统研究了氧化钨纳米结构中激发的表面等离激元热电子的转移过程。实验发现，由于该体系较高的末态态密度以及较大的初末态间能量差，热电子转移在150fs内（受限于仪器分辨率）即可完成。超快的热电子转移意味着体系中载流子驰豫、复合以及深能级缺陷态束缚等过程能够被有效避免，进而提升光电转换的速度和效率。该器件的响应速度比常规冷电子转移所主导的器件快1000倍以上，同时保持较高的灵敏度。另外热电子转移能够打破常规器件响应波段受制于半导体带隙(氧化钨带隙～2.8 eV）的瓶颈，将光探测范围拓展到了光通讯波段（~1550nm, ~0.8 eV）。本工作表明表面等离激元热电子转移是实现高效、快速光电转换的一个重要途径。
       本文第一作者为东南大学物理学院博士生于远方，倪振华教授和吕俊鹏教授为共同通讯作者。该工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目的资助。
       论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201903829  
  
表面等离激元（Surface Plasmon, SP）是在金属表面区域的一种自由电子和光子相互作用的形成的电磁振荡。表面电荷振荡与光波电磁场之间的相互作用使得表面等离激元具有很多独特的有意义的性质。特别是在激光器领域。当光波（电磁波）入射到金属与电介质分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属表面传播的近场电磁波，如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致就会产生共振，在共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能，这时就形成的一种特殊的电磁模式：电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强，这种现象就被称为表面等离激元现象。
     
倪振华，东南大学物理学院副院长，博士生导师，东南大学青年特聘教授。2003年本科毕业于上海交通大学物理系，同时获得了电子科学与技术的第二专业本科学位。2007年于新加坡国立大学物理系获得博士学位。2007-2010年在新加坡南洋理工大学物理系从事博士后研究工作，并于2009年获得英国政府“Researcher exchange programme Award” 前往英国曼彻斯特大学Andre Geim教授（2010年诺贝尔物理学奖得主）研究组做访问学者。2010年加入东南大学物理学院。2011年获教育部新世纪人才支持计划资助。2012年获“江苏省六大人才高峰”支持计划资助。2014年获国家自然科学基金“优秀青年科学基金”资助。2015年受聘为东南大学青年特聘教授。主要研究方向为二维层状材料（石墨烯、二硫化钼、黑磷等）的光学与光电性能，发表SCI论文130余篇，他引8000余次，H-index=41，授权专利10项。中国物理学会光散射专业委员会委员，Scientific Reports以及Frontiers in Condensed Matter Physics编委,《中国光学》青年编委。


吕俊鹏，男，博士，教授，博士生导师，青年首席教授，2018年国家“青年##”计划获得者。2009年7月，山东大学信息学院光信息科学与技术专业本科毕业；2013年6月，新加坡国立大学物理系物理学专业硕博连读毕业，获博士学位；2013年6月，任新加坡国立大学博士后； 2017年5月，任东南大学物理学院应用物理系教授。主要从事微纳光学、光电子学等研究工作，在《Chemical Society Reviews》、《Accounts of Chemical Research》、《Advanced Materials》等刊物上发表了SCI论文四十余篇，他引一千余次。2018年获江苏省“双创人才”、“六大人才高峰”。