隨著光電探測(cè)器件的發(fā)展，需要不斷提高探測(cè)精度和深化探測(cè)維度。偏振光電探測(cè)器件可探測(cè)光的強(qiáng)度和波長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)光偏振方向的響應(yīng)，并可顯著提升成像效果和對(duì)物體的探測(cè)能力，在地質(zhì)遙感、軍事探測(cè)、機(jī)器視覺等方面頗具應(yīng)用價(jià)值。利用半導(dǎo)體材料本征結(jié)構(gòu)各向異性來(lái)構(gòu)筑偏振探測(cè)器件，有望解決傳統(tǒng)偏振光電探測(cè)系統(tǒng)體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，在實(shí)現(xiàn)器件小型化、集成化等方面具有獨(dú)優(yōu)勢(shì)。

中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室董煥麗課題組在有機(jī)光電材料與器件方面開展了系統(tǒng)的研究工作（Adv. Mater. 2021, 2007149；Adv. Mater. 2021, 2100704；Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 14902；Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 20274；J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6332），利用有機(jī)高分子半導(dǎo)體晶體，剖析分子堆積結(jié)構(gòu)和性能之間的內(nèi)在關(guān)系，獲得沿不同分子排列軸向各向異性的光電特性，并構(gòu)筑出高性能光電器件（Adv. Mater. 2020, 32, 1907791；Adv. Mater. 2019, 31, 1903175；Adv. Mater. 2018, 30, 1801048；Nat. Commun. 2015, 6, 100032；Adv. Mater. 2017, 29, 1701251），上述工作為進(jìn)一步拓展有機(jī)光電材料在偏振光電探測(cè)器件方面的研究奠定了良好的材料與器件基礎(chǔ)。

近日，化學(xué)所基于前期發(fā)展的兼具良好電荷傳輸特性和光學(xué)吸收特性的有機(jī)半導(dǎo)體——2，6-二苯基蒽（DPA）晶體（Chem. Commun. 2015, 51, 11777；Nat. Commun. 2015, 6, 10032），利用其本征線性二向色性，發(fā)展出新型有機(jī)偏振光電探測(cè)器件。研究以物理氣相傳輸（PVT）法生長(zhǎng)得到的DPA單晶為基礎(chǔ)，運(yùn)用角分辨偏振拉曼光譜技術(shù)（ARPRS）、角分辨反射差分顯微鏡技術(shù)（ADRDM）、偏振吸收光譜技術(shù)（PRAS）等多種物理手段詳細(xì)表征了DPA晶體在分子振動(dòng)、光學(xué)反射、光學(xué)吸收上的各向異性。以DPA晶體為核心構(gòu)筑的兩端器件在線性偏振光的照射下表現(xiàn)出獨(dú)特的偏振響應(yīng)特性，器件光電流的二向色性比可達(dá)~1.9。密度函數(shù)理論（DFT）計(jì)算發(fā)現(xiàn)，DPA晶體本征結(jié)構(gòu)上的各向異性是導(dǎo)致DPA晶體產(chǎn)生偏振響應(yīng)特性的根本原因。研究發(fā)現(xiàn)，易于形成高度有序結(jié)構(gòu)的有機(jī)高分子半導(dǎo)體分子（如具有短側(cè)鏈、良好的平面性、強(qiáng)π-π堆積作用）更利于表現(xiàn)出優(yōu)異的偏振響應(yīng)特性，而有機(jī)分子的非對(duì)稱堆積則為實(shí)現(xiàn)偏振響應(yīng)特性提供了必要條件。關(guān)于DPA晶體的系統(tǒng)性研究，為利用有機(jī)半導(dǎo)體發(fā)展新型固態(tài)偏振光電探測(cè)器件提供了嶄新的思路，并為進(jìn)一步發(fā)展各種新功能的有機(jī)光電器件提供了有價(jià)值的指導(dǎo)。

DPA晶體在物理性質(zhì)上的本征各向異性及其光電器件的偏振響應(yīng)特性

相關(guān)研究成果發(fā)表在Advance Materials（Adv. Mater. 2021, 2105665）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部和中科院的支持。中科院半導(dǎo)體研究所、天津大學(xué)科研人員參與研究。