近日，永利yl23411官网刘锴副教授课题组在美国物理联合会（AIP）出版的《Applied Physics Reviews》（IF=12.7）期刊上在线发表了题为《基于WSe2/VO2异质结的相变调制的高性能双模式光电探测器》（Phase-transition modulated, high-performance dual-mode photodetectors based on WSe2/VO2 heterojunctions）的研究论文。该研究通过构建过渡金属硫属化物（TMDs）和过渡金属氧化物（TMOs）的异质结（WSe2/VO2），利用VO2独特的绝缘体-金属转变以及WSe2的半导体特性，结合两类材料的协同作用优势，发展出工作模式可调制的高性能双模态光电探测器，可同时实现较高的响应率和探测率。

        近年来，层状TMDs材料因其丰富的电子结构、多样化的异质结构以及异质结之间超快的电荷转移速度，在光电器件中展现出诱人的应用前景。对于光电探测器件来讲，响应率（responsivity, R*）和探测率（detectivity, D*）是表征其性能的重要参数。响应率R⁎ = Iph / Pin，取决于光生电流与入射光功率之比，而探测率D⁎ = R⁎ / (2qJDS)1/2，除了与响应率有关外，还与暗电流密度有关。对于工作在某一种模式下的TMDs光电探测器来讲，高的响应率和高的探测率通常难以同时获得。例如工作在光导模式下的MoS2/石墨烯光电探测器，其响应率可超过800 A/W，但同时伴随着较大的暗电流，因而响应率较低；而对于工作在光伏模式下的光电探测器，其暗电流很小，探测率可高达1012到1013 Jones，但响应率却常常低于0.5 A/W。因此，如何制备出兼具高响应率和高探测率的TMDs光电探测器件，是光电探测领域一个重要的挑战。

        针对这一关键问题，刘锴课题组另辟蹊径，搭建出WSe2/VO2垂直异质结，巧妙地利用VO2在68摄氏度下发生的绝缘相-金属相转变，动态调控异质结的类型，进而改变异质结的最佳工作模式。当VO2处于绝缘相（本质上为半导体）时，异质结种类为II类半导体p-n结，器件适合工作在光伏模式，而当VO2转变为金属相时，异质结种类变为肖特基节，器件可以工作在光导模式。利用这一策略，通过可逆地控制VO2的相态，实现WSe2/VO2光电探测器件工作模式的动态切换，最终获得了同时兼具高响应率（6.6 A/W）和高探测率（1.87×1013 Jones）的光电探测器件。这一研究为发展新型高性能光电探测器件提供了新思路，同时也是刘锴课题组继NbS2-NbOx阻变异质结工作（ACS Nano 2019, doi: 10.1021/acsnano.9b06627）之后在TMDs/TMOs异质结领域的又一创新性工作。

        该工作在线发表后，被《Applied Physics Reviews》编辑选为当期的Featured Article，在期刊首页重点推荐，同时被AIP旗下的宣传网站Scilight撰文报道。该论文第一作者为永利yl23411官网博士后罗浩，通讯作者为永利yl23411官网刘锴副教授和南方科技大学程春副教授。该工作得到了科技部重点研发计划，基金委基础科学中心项目、面上项目，以及霍英东教育基金等科研项目的支持。

基于WSe2/VO2相变调制的高性能双模式光电探测器工作原理示意图

        论文链接https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5124672
        AIP Scilight报道链接https://aip.scitation.org/doi/10.1063/10.0000460