我校物理学院、固体微结构物理国家重点实验室、南京微结构科学与技术协同创新中心的缪峰教授课题组和王伯根教授课题组在新型二维材料二硫化铼（搁别厂2）光电探测器研究领域取得重要进展，相关论文于2016年2月5日发表在《Advanced Functional Materials》杂志上(Advanced Functional Materials, DOI:10.1002/adfm.201504408)。邢定钰院士指导并参与了本文的工作。该论文的第一作者是物理学院博士后刘尔富博士，通讯作者是911制品厂麻花缪峰教授、王伯根教授及斯坦福大学袁洪涛研究员。
自2004年石墨烯被发现以来，二维材料已成为近十余年的研究热点。2011年开始被广泛关注的过渡金属硫族化合物是具有合适带隙的半导体型二维材料，在电子与光电器件应用等方面展现出巨大潜力，为后摩尔时代集成化电子器件的研究开辟了新的方向。作为一类特殊的过渡金属硫族化合物，二硫化铼（搁别厂2）具有低晶格对称性和弱层间耦合的特性，从而表现出与其他过渡金属硫族化物不同的物理性质，例如各向异性以及在多层样品中保持直接带隙。而其中多层直接带隙这一特性预示搁别厂2可能在高性能光电探测器件领域有重要的应用前景。
这项工作基于该课题组之前对薄层搁别厂2性质的研究(Nature Communications 6, 6991 (2015); DOI: 10.1038/ncomms7991)，利用机械解理法以及二维材料定向转移法得到了多层ReS2与氮化硼的高质量范德瓦尔斯异质结构，并利用微纳加工方法制备了基于多层搁别厂2的高性能光电晶体管器件（图补）。在可见光波段的激光照射下，搁别厂2光电探测器表现出优异的性能，光电响应率高达88600 A/W，比之前报道的结果高出了5000倍。这一数值在所有类似结构的二维材料光电器件中是最高的，是单层MoS2光电探测器的100倍（图产）。如此高的光电响应率可通过多层搁别厂2中较高的光吸收以及有效的增益机制来解释，其中增益机制来自于搁别厂2中的缺陷态（图肠），该机制也得到器件电子输运机制研究结果的证实。基于搁别厂2的高性能光电探测器件因为其超高的响应率，可能会在微弱信号探测领域有着重要的应用，该项工作最后还利用打火机及日光灯作为微弱光源成功实现了简单的演示（图诲）。
这项工作的主要意义在于：（1）研究了新型二维材料搁别厂2与氮化硼异质结的光电探测性能，得到所有类似结构的二维材料光电探测器中最高的探测率（88600 A/W）；（2）结合电子输运的研究，解释了基于ReS2光电探测器超高响应率的机制；（3）利用搁别厂2光电探测器超高的响应率实现了对微弱光信号的探测，为搁别厂2在未来光电子器件方向的应用提供了基础。
该项研究得到科技部“量子调控”国家重大科学研究计划（青年科学家专题）项目、江苏省杰出青年基金、科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家自然科学基金等资助。
（补）基于多层搁别厂2与氮化硼范德瓦尔斯异质结构的高性能光电晶体管器件；（产）搁别厂2光电探测器的超高响应率，和所有类似结构的二维材料光电器件相比是最高的；（肠）缺陷态导致的增益机制示意图；（诲）实现对微弱光信号的探测。
物理学院 科学技术处
