近日，beat365劉锴副教授課題組在美國物理聯合會（AIP）出版的《Applied Physics Reviews》（IF=12.7）期刊上在線發表了題為《基于WSe2/VO2異質結的相變調制的高性能雙模式光電探測器》（Phase-transition modulated, high-performance dual-mode photodetectors based on WSe2/VO2 heterojunctions）的研究論文。該研究通過構建過渡金屬硫屬化物（TMDs）和過渡金屬氧化物（TMOs）的異質結（WSe2/VO2），利用VO2獨特的絕緣體-金屬轉變以及WSe2的半導體特性，結合兩類材料的協同作用優勢，發展出工作模式可調制的高性能雙模态光電探測器，可同時實現較高的響應率和探測率。

        近年來，層狀TMDs材料因其豐富的電子結構、多樣化的異質結構以及異質結之間超快的電荷轉移速度，在光電器件中展現出誘人的應用前景。對于光電探測器件來講，響應率（responsivity, R*）和探測率（detectivity, D*）是表征其性能的重要參數。響應率R⁎ = Iph / Pin，取決于光生電流與入射光功率之比，而探測率D⁎ = R⁎ / (2qJDS)1/2，除了與響應率有關外，還與暗電流密度有關。對于工作在某一種模式下的TMDs光電探測器來講，高的響應率和高的探測率通常難以同時獲得。例如工作在光導模式下的MoS2/石墨烯光電探測器，其響應率可超過800 A/W，但同時伴随着較大的暗電流，因而響應率較低；而對于工作在光伏模式下的光電探測器，其暗電流很小，探測率可高達1012到1013 Jones，但響應率卻常常低于0.5 A/W。因此，如何制備出兼具高響應率和高探測率的TMDs光電探測器件，是光電探測領域一個重要的挑戰。

        針對這一關鍵問題，劉锴課題組另辟蹊徑，搭建出WSe2/VO2垂直異質結，巧妙地利用VO2在68攝氏度下發生的絕緣相-金屬相轉變，動态調控異質結的類型，進而改變異質結的最佳工作模式。當VO2處于絕緣相（本質上為半導體）時，異質結種類為II類半導體p-n結，器件适合工作在光伏模式，而當VO2轉變為金屬相時，異質結種類變為肖特基節，器件可以工作在光導模式。利用這一策略，通過可逆地控制VO2的相态，實現WSe2/VO2光電探測器件工作模式的動态切換，最終獲得了同時兼具高響應率（6.6 A/W）和高探測率（1.87×1013 Jones）的光電探測器件。這一研究為發展新型高性能光電探測器件提供了新思路，同時也是劉锴課題組繼NbS2-NbOx阻變異質結工作（ACS Nano 2019, doi: 10.1021/acsnano.9b06627）之後在TMDs/TMOs異質結領域的又一創新性工作。

        該工作在線發表後，被《Applied Physics Reviews》編輯選為當期的Featured Article，在期刊首頁重點推薦，同時被AIP旗下的宣傳網站Scilight撰文報道。該論文第一作者為beat365博士後羅浩，通訊作者為beat365劉锴副教授和南方科技大學程春副教授。該工作得到了科技部重點研發計劃，基金委基礎科學中心項目、面上項目，以及霍英東教育基金等科研項目的支持。

基于WSe2/VO2相變調制的高性能雙模式光電探測器工作原理示意圖

        論文鍊接https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5124672
        AIP Scilight報道鍊接https://aip.scitation.org/doi/10.1063/10.0000460