中國粉體網訊 國計民生始終是納米光子學研究關鍵的落腳點，納米級物體的檢測技術對疾病早期檢測，環境檢測，國土安全等領域具有重大的應用價值。當涉及到納米尺度量級物體的檢測時，我們不僅僅追求檢測精度的不斷提高，同時被檢測物體不存在標記，檢測手段實時可控，檢測設備便攜可集成以及設備成本低廉等要求都是納米物體檢測得以發展的重要條件。當談到檢測人們下意識的去依賴眼見為實，然而納米尺度的檢測要解決的是一根頭發絲直徑的萬分之一大小物體，去追求親眼看到每一個物體的難度也就越來越高，就是這樣的需求促使光學傳感器向著微納米甚至更小量級去前進。微納米光學傳感器由于具有在單位模式體積內極高的品質因子和增強的光與物質相互作用的能力，近年來得到了深入的研究。迄今為止，用顯微鏡和光譜系統已經成功地檢測到了單分子，單一病毒和單個納米顆粒。然而，當前研究中所應用的高品質因子光學微腔和等離子器件技術存在諸如環境振動不穩定、分析時間長和成本高等缺點。它們的廣泛使用受到嚴重阻礙，特別是在便攜式即時點護理設備中的使用。
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針對這些問題，哈爾濱工業大學（深圳）宋清海團隊充分利用甲基銨三鹵化鉛（MAPbX3）鈣鈦礦的優秀光電響應能力，將鈣鈦礦光電探測器與氮化硅波導相結合，利用新型鹵化鉛鈣鈦礦和氮化硅波導制備了一種集成光電探測器，并展示了它們在片上集成光學傳感器中的潛力。研究人員使用了簡便易得的激光二極管入射光源，結合鈣鈦礦氮化硅波導集成光電探測器，成功測量了半徑約為70 nm的單個聚合物小球。器件通過將鹵化鉛鈣鈦礦納米片集成到Si3N4波導上并結合適宜的封裝，實現了鹵化鉛鈣鈦礦在極性溶液中測量納米級物體的突破，從而可將其用作復雜環境下的光學傳感器。與傳統的光電探測器件通過采集空間光信號從而實現光電探測所不同，該器件依靠的是集成波導倏逝波傳感，這種片上集成鈣鈦礦光電探測器的外量子效率可以高達0.2922 AW-1，證明了該器件性能與非集成類鈣鈦礦光電探測器一樣好，與此同時片上集成結構體系使本器件擁有了檢測波導中光信號的微小變化的獨特能力。實驗中通過光電流的實時變化簡單地解決了半徑小至70-80nm的納米級物體的實時探測問題。由于光電探測器是片上集成的，因此該傳感系統僅需要常規的半導體激光二極管和已經有完善的研究的光纖耦合系統支持就可以順利工作，極大的降低了設備成本并有助于便攜性的提高，能夠協助解決納米尺度物體的光電傳感器的長期存在的設備要求繁瑣檢測成本高昂的問題。值得注意的是，通過用鈣鈦礦二維材料異質結構代替鈣鈦礦納米片，可以進一步改善片上集成傳感器的性能，特別是對于高溫度和高濕度條件下的應用，具有極大的開發潛力和性能提升空間，本研究中提出的片上集成鈣鈦礦光學傳感器能夠在未來的商用終端傳感器和其他便攜式設備中發揮重要作用。
相關論文在線發表在Advanced Optical Materials (DOI:10.1002/adom.201801308)上。
（中國粉體網編輯整理/小虎）
