董煥麗課題組在有機偏振光電探測器件研究中獲進展

　　隨著光電探測器件的發展，需要不斷提高探測精度和深化探測維度。偏振光電探測器件可探測光的強度和波長，可實現對光偏振方向的響應，并可顯著提升成像效果和對物體的探測能力，在地質遙感、軍事探測、機器視覺等方面頗具應用價值。利用半導體材料本征結構各向異性來構筑偏振探測器件，有望解決傳統偏振光電探測系統體積大、結構復雜等問題，在實現器件小型化、集成化等方面具有優勢。

　　中國科學院化學研究所有機固體實驗室董煥麗課題組在有機光電材料與器件方面開展了系統的研究工作（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），利用有機高分子半導體晶體，剖析分子堆積結構和性能之間的內在關系，獲得沿不同分子排列軸向各向異性的光電特性，并構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），上述工作為進一步拓展有機光電材料在偏振光電探測器件方面的研究奠定了良好的材料與器件基礎。

　　近日，化學所基于前期發展的兼具良好電荷傳輸特性和光學吸收特性的有機半導體——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，發展出新型有機偏振光電探測器件。研究以物理氣相傳輸（PVT）法生長得到的DPA單晶為基礎，運用角分辨偏振拉曼光譜技術（ARPRS）、角分辨反射差分顯微鏡技術（ADRDM）、偏振吸收光譜技術（PRAS）等多種物理手段詳細表征了DPA晶體在分子振動、光學反射、光學吸收上的各向異性。以DPA晶體為核心構筑的兩端器件在線性偏振光的照射下表現出獨特的偏振響應特性，器件光電流的二向色性比可達~1.9。密度函數理論（DFT）計算發現，DPA晶體本征結構上的各向異性是導致DPA晶體產生偏振響應特性的根本原因。研究發現，易于形成高度有序結構的有機高分子半導體分子（如具有短側鏈、良好的平面性、強π-π堆積作用）更利于表現出優異的偏振響應特性，而有機分子的非對稱堆積則為實現偏振響應特性提供了必要條件。關于DPA晶體的系統性研究，為利用有機半導體發展新型固態偏振光電探測器件提供了嶄新的思路，并為進一步發展各種新功能的有機光電器件提供了有價值的指導。

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

DPA晶體在物理性質上的本征各向異性及其光電器件的偏振響應特性