Ces dernières années, de nouveaux matériaux bidimensionnels (2D) ont fourni des opportunités intéressantes pour développer des photodétecteurs à température ambiante, à grande vitesse, ultrasensibles et à large bande en raison de leurs structures uniques et de leurs excellentes caractéristiques physiques. Cependant, l'épaisseur atomique des matériaux 2D a inévitablement posé le problème de la faible absorption de la lumière.

Une solution prometteuse est la combinaison de nanomatériaux plasmoniques avec des matériaux 2D pour améliorer l’interaction lumière-matière, qui est déjà devenue un axe de recherche. L'excitation des plasmons de surface dans les métaux nobles permet des champs électromagnétiques amplifiés localement qui peuvent améliorer l'absorption de la lumière dans les semi-conducteurs proches de plusieurs ordres de grandeur. De plus, la désintégration des plasmons de surface génère efficacement des porteurs chauds à haute énergie.

Les porteurs chauds injectés dans les matériaux 2D augmentent non seulement le photocourant collecté par les électrodes, mais étendent également les longueurs d'onde détectables au-delà de la bande interdite des semi-conducteurs.

Afin de comprendre ces structures et mécanismes hybrides, un aperçu systématique est nécessaire pour extraire et résumer les stratégies de conception de photodétecteurs de matériaux 2D améliorés par plasmons, ce qui peut fournir des conseils complets pour clarifier les avantages et les inconvénients de chaque stratégie et ainsi optimiser l'assistance par plasmons. photodétection dans les travaux futurs.

Un groupe de recherche de l'Université du Sud-Est a fourni un aperçu détaillé des photodétecteurs de matériaux 2D améliorés par les plasmons, en se concentrant principalement sur la clarification des différents modes d'hybridation entre les nanostructures plasmoniques et les matériaux 2D. Les mécanismes de photodétection améliorée par plasmon ont été présentés dans la première section.

Ensuite, ils ont discuté des différents modes de couplage liés à la structure des systèmes hybrides, qui sont grossièrement classés respectivement en mode guidé par LSPR, mode guidé par SPP et autres modes photoniques hybrides. Enfin, ils ont brièvement exposé les problèmes restant à résoudre et les orientations potentielles des futurs travaux de recherche.

Dans cette revue, les stratégies de conception actuelles adoptées pour l'actualisation de l'amélioration plasmonique dans les photodétecteurs de matériaux 2D sont résumées. Les nanostructures plasmoniques sont largement utilisées sur la base des effets plasmoniques induits par LSPR, soit sous la forme de nanostructures plasmoniques monocouches fonctionnant dans différents modes (tels que le contact direct, le mode séparé ou intégré) ou de résonateurs plasmoniques couplés à une cavité prenant en charge le plasmonique en mode gap. résonance.

Les facteurs clés qui peuvent influencer l'interaction lumière-matière et les caractéristiques de transport des porteurs dans les photodétecteurs hybrides sont discutés, notamment les matériaux, les formes, les arrangements et les emplacements des nanostructures plasmoniques.

De plus, des structures plasmoniques à motifs telles que des rayures, des nanogaps et des réseaux soutiennent la propagation des ondes SPP qui sont confinées dans le champ proche de la surface métallique, facilitant ainsi le couplage énergétique amélioré entre le métal et les matériaux 2D sur une longue distance de propagation.

Lorsque des électrodes métalliques à base de SPP sont utilisées, l’énergie lumineuse éloignée du canal matériel 2D peut être efficacement collectée et absorbée. De plus, la synergie d'autres structures/matériaux photoniques fonctionnels et de photodétecteurs de matériaux 2D améliorés par plasmons est également introduite, ce qui entraîne des performances améliorées et de nouvelles fonctionnalités.

Les photodétecteurs de matériaux 2D assistés par plasmon, améliorés par les stratégies ci-dessus, recèlent un grand potentiel pour stimuler des progrès remarquables dans de vastes domaines d'application.

Plusieurs directions de recherche potentielles qui pourraient être bénéfiques pour le développement futur de photodétecteurs de matériaux 2D améliorés par les plasmons sont proposées.

Premièrement, de nombreux aspects méritent encore d’être explorés concernant les structures plasmoniques. Bien que les chercheurs aient déjà étudié l'influence des paramètres structurels (morphologie, distribution de densité, etc.) sur les performances des photodétecteurs de matériaux 2D, les facteurs internes tels que la qualité des cristaux n'ont pas encore été pleinement explorés.

Deuxièmement, les stratégies ci-dessus ont fait état de différents mécanismes de fonctionnement dominés par les matériaux plasmoniques intégrés, tandis que les modèles physiques correspondants et les conditions applicables à ces effets plasmoniques n'ont pas été entièrement clarifiés, ce qui est nécessaire pour étendre ces concepts fascinants de la recherche en laboratoire aux dispositifs commerciaux.

Troisièmement, l'ingénierie de l'interface entre le métal et le matériau 2D n'a pas été entièrement explorée dans les structures hybrides plasmoniques/matériaux 2D.

Les travaux sont publiés dans la revue Advanced Devices &Instrumentation .