来源：DeepTech深科技
与可见光和近红外光相比，短波近红外光具有显著优势。比如，散射比较低，即便在雾、霾、沙尘等复杂天气下，仍然可以进行远距离探测成像。
另外，因为多数分子的指纹信息都在短波近红外波段，所以在进行探测时，还能够得到更多关于物质的指纹信息。
（来源：Advanced Materials）基于此，短波近红外在超快成像和无人驾驶激光雷达等多个领域，拥有良好的潜在应用前景。
然而，如今市场上的那些超快探测器，都是利用如（In，Ga）As 或（Hg，Cd）Te 外延半导体材料制备而成，不但工艺复杂，设备也很昂贵。
在这种情况下，胶体量子点因具备传统外延材料所不能实现的优势，而在短波近红外光电探测中脱颖而出。
这包括溶液的大批量制备成本极低、器件制备工艺非常简便，以及量子点材料的响应波长，能够在同一种材料中通过调节尺寸而改变等。
尽管如此，基于胶体量子点的短波近红外光电器件，依旧不能实现商业化应用。原因在于，它的响应速度只有 10 纳秒左右，但应用的最低门槛却在纳秒量级。
当然，如果速度能达到亚纳秒/皮秒、甚至是飞秒量级，对于商业化应用的推进会更加有利。
（来源：Advanced Materials）为攻克上述难题，近期，来自比利时根特大学的研究团队，通过设计超薄结构降低载流子的输运时间，从而成功地将基于胶体量子点的短波近红外光电器件的响应速度，降低至 4 纳秒。
实际上，在制备领域，研究人员通常不会想到去利用超薄结构。这主要是因为，如果量子点层的厚度变薄，对光的吸收就会降低，器件的量子效率也会随之降低。
“我们通过利用法布里-珀罗腔结构，把量子点层对光的吸收增加了 2.5 倍，这样就能保证即使在超薄结构下，量子效率依然可以保持较高的水平。”根特大学博士后研究员邓玉豪解释道。
图丨邓玉豪（来源：资料图）如上所说，基于胶体量子点的短波近红外光电探测器的响应时间，只有达到亚纳秒/皮秒量级，才能实现在激光雷达领域成熟的商业化应用。
所以，在该研究的基础上，该课题组也计划进一步提高量子点膜的迁移率，以实现皮秒量级的超快探测。
“这在理论上是完全可行的，但具体做起来还需要解决很多困难。”邓玉豪博士表示。
与此同时，该团队也希望制备不含有毒重金属的超快短波近红外器件，通过使用无毒无害的高性能材料，来更加长远地保护人类的居住环境。
光电器件，是邓玉豪一直以来的研究方向。在深耕该领域的过程中，他也获得了诸多体悟。
例如，要想制备高性能器件，盲目地做实验并非是一种好的方法，关键是要先把其中的原理理解透彻。
“就拿我们这项研究来说，只有理解了探测器的响应时间是由什么因素决定的，才知道该如何对其响应速度进行优化，也才能够得到世界上最快的器件。”邓玉豪说。
他认为，只要知道为什么，就已经很接近答案了。所以，要去理解原理，多问为什么，同时不要害怕遇到困难或者遭受失败。
“在科学研究的道路上，困难就意味着机会。如果是领域的困难，也就意味着这是领域突破的机会；如果是人类发展上的困难，那就是人类历史上的创新机会。”邓玉豪如是说。
参考资料：
1.Y.,Deng,C.,Pang,E.,Kheradmand. et al. Short-Wave Infrared Colloidal QDs Photodetector with Nanosecond Response Times Enabled by Ultrathin Absorber Layers. Advanced Materials（2024）. https://doi.org/10.1002/adma.202402002
运营/排版：何晨龙
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