研究背景
偏振敏感紫外日盲光探测器作为可见光和红外光探测器的补充，在遥感、分析成像、信息加密和防伪、生物启发式导航等领域具有广泛的应用前景。例如，与传统光通信系统相比，紫外光的传播主要依赖于散射，可以绕过障碍物，非常适合短距离和抗干扰通信。另外，由于大气臭氧层对200–300 nm范围内紫外光的强烈吸收，在近地面日盲紫外光的背景噪声非常低。因此，日盲紫外光光学通信系统具有抗干扰和高信噪比的特点，其研究具有重要的科学与技术意义。
在国家自然科学基金和科技部的支持下，化学研究所有机固体院重点实验室董焕丽课题组在前期有机偏振光电材料与器件的研究基础上（Adv. Mater. 2022, 34, 2105665；Adv. Mater. 2023, 35, 2301955），近期在高性能偏振敏感紫外日盲光探测器研究方面取得新进展。有机半导体材料具有分子结构可设计及轻薄柔等优势，在实现柔性可穿戴光电探测器件方面展现了巨大的应用前景。但是通常有机半导体具有连续π电子共轭结构，扩展共轭系统通常会导致吸收红移，吸收峰向长波方向移动，导致大部分材料在可见光区域内具有光学吸收，难以实现紫外日盲光探测的需求。该课题组研究人员选择了核心功能层高迁移率反式-1,2-双(5-苯基二噻吩并[2,3-b:3′,2′d]噻吩-2-基)乙烯（BPTTE）半导体的独特扭转分子构象。这种分子构象赋予BPTTE分子高效电荷输运的同时展现了宽带隙特性。BPTTE分子光学带隙为3.1 eV，具有紫外日盲吸收特性。单晶数据和理论计算研究分析表明，在BPTTE单个晶胞中沿b轴方向的分子跃迁偶极矩矢量相消，矢量和为0 Debye，揭示了BPTTE分子在bc晶面内具有显著的本征各向异性和强的各向异性光吸收特性。通过角分辨偏振拉曼光谱和偏振吸收光谱等技术进一步详细全面表征了BPTTE单晶在面内分子振动、光学吸收上的本征各向异性。BPTTE分子晶体高吸收二色性比、强紫外和日盲的吸收特性预示其在高偏振紫外日盲光探测器方面的潜在应用。基于BPTTE单晶构筑的光探测器二向色性比高达4.26，是目前有机偏振敏感紫外光探测器中的最高值之一。在电压调制条件下，以BPTTE单晶为核心功能层构筑的光探测器对偏振紫外光的高效稳定探测得到验证。最后，基于BPTTE单晶光电探测器成功演示了高对比度偏振成像和抗干扰成像，凸显了有机半导体在偏振敏感紫外日盲光探测器领域的潜力。相关的研究成果近期发表在先进材料上（Adv. Mater.2024,2404309），论文第一作者为博士生张钰，通讯作者为董焕丽研究员和特别研究助理秦正生。
▲ 高偏振紫外日盲光探测器及其偏振和抗干扰成像演示
来源：中国科学院化学研究所
