随着高速成像、航空航天和远程通信技术的飞速发展，探测波长范围能够覆盖从紫外到红外甚至太赫兹波段的宽光谱光电探测器变得越来越重要。然而，具有优良性能的碲镉汞等传统探测器通常需要在低温下工作，同时其材料所包含的重金属元素还存在制造成本高和对环境存在潜在的污染。因此，研究者们开始去寻找具有优异物化特性和环境友好型的传感材料。作为一种厚度仅有原子级别的新型材料，二维材料拥有可调的能带结构、强的光-物质相互作用、高载流子迁移率、出色的力学特性以及与传统平面工艺优良的兼容性，所以在众多的获选材料中脱颖而出。然而，在实现宽波段光谱响应的同时，如何兼顾高响应度和快速响应速度，一直是困扰国内外研究者的技术难题。

• 研究内容

近日，研究团队在国际学术期刊Nanomaterials 上发表综述文章，系统梳理了二维材料基宽光谱光电探测器的最新研究进展。在深入分析了五种主流二维材料的光电特性及其内在的宽光谱探测物理机制之后，研究团队认为不同的二维材料虽然各有优势，但仅依靠单一的二维材料很难同时满足先进宽光谱光电探测的应用需求。为此，研究团队总结出四种有效的性能增强策略：化学掺杂、缺陷工程、构筑异质结和应力工程。

化学掺杂通过引入杂质原子来精细调控材料的能带结构，例如在硒化铅中掺入碲后，探测范围可从1000-5000 nm 扩展至405-5000 nm。缺陷工程则巧妙利用材料中原本被视为“瑕疵”的空位或晶界，将其转化为提高光电流增益的有效工具，使探测器能够实现覆盖紫外到中红外波段的宽光谱探测。目前，构筑异质结是被认为提升光电探测性能的一种最有效的策略，研究人员将不同的二维材料甚至将二维材料与零维、一维或三维材料堆叠在一起，形成类似“三明治”的异质结构。通过不同结构之间的协同效应，光电探测器能够实现单一材料无法获得的性能，例如某些异质结探测器可以在无需外接电源的情况下实现自供电宽光谱探测。应力工程则是充分利用了二维材料优异的力学特性和强的量子限域效应，通过诱发机械应变来改变材料的能带结构，进而拓宽其探测范围和提升器件信噪比。

图1. 提高宽光谱光电探测器性能的四种方法

• 研究总结

这篇综述文章不仅系统总结了当前二维材料宽光谱光电探测领域的研究现状，而且为突破器件探测性能瓶颈提供了清晰的解决路径。通过上述策略的组合应用，二维材料基光电探测器的响应度、探测率和响应速度等能够获得显著提升，同时部分器件光电探测波长范围甚至覆盖了紫外到红外乃至太赫兹的超宽频段。

在前期的工作中，宽光谱光电探测器的研究已经取得了令人鼓舞的进展，但是研究团队也指出要真正从实验室实现生产应用，当前国内外研究者仍面临一系列挑战：包括二维材料的精准制备、纳米器件制备工艺的一致性和可重复性以及器件的长时工作稳定性和使用寿命等问题。

未来，研究人员需要继续探索具有优良光电特性、不同导电类型的二维材料，优化先进的器件结构设计策略和器件制造工艺，进一步提升二维材料与现有平面工艺的兼容性，最终推进二维材料在下一代光电信息技术中的实际应用。本文的研究工作能够为高灵敏度、快速响应的宽光谱光电探测器的研发提供了重要的理论指导和实践参考。

• 作者介绍

中山大学电子与信息工程学院刘飞教授和东北大学佛山研究生院刘宝丹教授是本文的通讯作者，大湾区大学物质科学学院的田颜是本文第一作者。本研究得到国家重点研发计划 (2024YFA1207800) 和国家自然科学基金 (52572191) 的支持。

刘飞 教授（中山大学）

理学博士，中山大学电子与信息工程学院教授，博士生导师。他于1999年7月和2002年7月于吉林大学分别获得工学学士和硕士学位，2005年5月于中国科学院物理研究所获得理学博士学位，2005年7月于中山大学参加工作。其研究方向聚焦二维材料的原子制造、先进纳米光电器件集成阵列的制造与特性调控等前沿科技领域，曾主持国家重点研发计划纳米前沿重点专项课题、国家重大科学仪器设备开发专项课题和国自然面上项目等科研项目，并入选教育部新世纪人才计划和广东省特支计划科技创新领军人才。

刘宝丹 教授（东北大学）

2006年3月获得日本筑波大学材料学博士学位；2006年4月获聘日本古河机械金属株式会社高级研究员；2009年6月起为大连理工大学副教授；2011年12月起为中国科学院金属研究所研究员，博士生导师。现为东北大学佛山研究生院教授，博士生导师。研究方向：低维功能纳米材料的可控制备、光电性能及其在能源与环境领域的应用 金属氧化物纳米催化剂材料的原位生长技术及其工业应用 (CO 氧化、脱硝) 功能纳米材料的可控制备与表征技术 纳米尺度绿色能源环境材料的探索及相关机理研究。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2079-4991/15/6/431

• Nanomaterials 期刊介绍

主编：Eugenia Valsami-Jones, University of Birmingham, UK

期刊主题涵盖纳米材料 (纳米粒子、薄膜、涂层、有机/无机纳米复合材料、量子点、石墨烯、碳纳米管等)、纳米技术 (合成、表征、模拟等) 以及纳米材料在各个领域的应用 (生物医药、能源、环境、电子信息等) 等。

2025 Impact Factor：4.8 (JCR Q2*)

2025 CiteScore：10.3 (Scopus Q1*)

Time to First Decision：12.5 Days

Acceptance to Publication：2.7 Days

* JCR Q2 at "Physics, Applied", "Chemistry, Multidisciplinary", "Materials Science, Multidisciplinary" and "Nanoscience and Nanotechnology" categories

* Scopus Q1 at "General Chemical Engineering" and "General Materials Science" categories

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/nanomaterials

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