近日，我院能量转换材料与器件课题组在钙钛矿单晶光电探测器研究方面取得突破。相关成果以“Ferro-Pyro-Phototronic Effect-Based Ferroelectric 2D Perovskite Single Crystals for Self-Powered Photodetection with Dynamically Tunable Polarization Ratio”为题发表在期刊《Advanced Optical Materials》 。博士研究生王佳慧和硕士研究生闫瑞为论文共同第一作者，杨政副教授和郭林娟副教授为共同通讯作者。
二维金属卤化物钙钛矿因具有独特的平行层状晶体结构，展现出显著的偏振敏感性，是偏振成像、传感、激光雷达和光通信等领域的重要基础材料。然而，当前偏振探测器对偏振比的动态调制能力仍受限，且多数器件依赖多晶薄膜调节偏振比，不利于高效载流子传输，严重制约了其在偏振光通信中的实际应用。针对上述挑战，研究团队提出利用二维铁电钙钛矿单晶的本征热释电效应，通过铁电极化与单晶各向异性之间的协同作用，成功制备了高响应度、偏振比可动态调控的偏振光电探测器。
研究选用高质量二维铅基钙钛矿铁电单晶PMA2PbCl4和cyHA2PbBr4，构建了II 型异质结构偏振探测器。得益于单晶低缺陷密度和优异的载流子传输性能，并结合铁电-热释电-光电协同效应，单晶器件实现了快速响应的自供电偏振探测，响应时间达 72 μs，并展现出优异的环境稳定性。尤为重要的是，通过施加极化电压，研究团队成功实现了偏振比的连续动态调制，使偏振比从 1.65 提升至 2.12，实验验证了铁电极化介导单晶体系偏振比调控的可行性与优越性。在此基础上，团队还展示了该器件在加密光通信中的应用潜力，表明该方法可显著提升通信安全性。
该研究不仅为基于铁电单晶平台开发高性能、动态可调偏振光电探测器提供了策略，也为下一代高性能可调谐偏振光电器件的发展提供了重要的材料平台。相关成果为安全光通信等应用领域提供了新的技术途径。
以上工作得到国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北大学自然科学交叉学科研究项目等基金的资助。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.71795
