偏振敏感光电探测器能够捕捉光波的偏振状态，这一特性在波长和强度之外提供了额外的探测维度。与传统光电探测器相比，这一特性为信息编码和传输引入了独特的自由度，因此在遥感、导航、天文观测和军事应用等领域引起了广泛关注。为了实现偏振探测的最佳性能和多功能性，偏振敏感光电探测器的活性层必须包含具有显著各向异性行为的低对称结构。近年来，二维（2D）面内各向异性材料的应用极大地改善了二维材料的性能，为偏振敏感光电探测器的开发和控制提供了新的灵活性。这一进展归功于这些材料固有的结构各向异性和高电子迁移率。因此，二维各向异性材料逐渐被认为是下一代偏振敏感光电探测器的有力候选者，能够提供增强的性能和简化的器件制备工艺。
二维面内各向异性材料通常由一维（1D）扭曲链组成，这些链以平行或反平行堆叠的方式相互连接。其晶体结构固有的低对称性赋予了其独特的各向异性电子、光电和热学特性。作为面内各向异性二维材料的典型代表，黑磷（BP）因其褶皱的低对称结构而备受关注，并已被广泛开发用于偏振敏感光电探测。其他二维面内各向异性材料也得到了系统研究，包括SiAs、黑砷（b-As）、1Td WTe₂、GaTe、GeAs、PdPS、TaFeTe₄和Ni₂P₂S₆。然而，已报道的二维各向异性材料的有限带隙和次优的光电转换效率主要将其功能限制在了可见光波段，而少有在红外波段工作。此外，某些各向异性二维材料（如BP、GeAs₂和PbSnS₂）由于其空气敏感性或组成元素的毒性，表现出较差的稳定性和环境兼容性。值得注意的是，目前大多数各向异性二维材料的各向异性特性有限，具有较低的各向异性电导率（如BP、GeSe₂、SnS和Nb₃SeI₇）和较低的二向色性比（如GeS、GeSe、SiP₂和ZrGeTe₄）。与平行结构相比，具有交叉堆叠结构的二维材料由于其独特的一维各向异性链结构和原子排列，表现出显著的方向性特性。这些特性预计将带来显著的电气和光电各向异性，同时增强稳定性。然而，迄今为止，尚未有实验报道具有交叉堆叠结构的二维各向异性材料。因此，探索具有交叉结构的新型二维材料，并系统研究其稳定性、环境友好性以及显著的电气和光电各向异性，具有重要的科学意义和技术必要性。
据麦姆斯咨询报道，近日，由中山大学、天津大学和电子科技大学组成的科研团队发现并引入了AgTiPS₆原子层（如图1），这是一种具有交叉堆叠结构的二维面内各向异性材料，扩展了二维材料家族。低对称性的晶体结构使AgTiPS₆表现出显著的面内各向异性光学、电子和光电特性（如图2），结合其相对较窄的光学带隙（1.08 eV），使其适合开发为宽带和偏振敏感型光电探测器。这项研究以“2D AgTiPS6: a Cross-Stacked In-Plane Anisotropic Semiconductor for Broadband and Polarization-Sensitive Photodetection”为题发表在Advanced Materials期刊上。
图1 AgTiPS₆的晶体结构
图2 AgTiPS₆的基本表征和拉曼光谱表征
具体而言，角度分辨偏振拉曼光谱（ARPRS）和偏振光反射光谱随线性偏振光方向周期性变化，证实了AgTiPS₆具有显著的结构和光学各向异性。研究人员对基于AgTiPS₆纳米线光电晶体管进行了电子和光电特性测量，相关研究结果如图所示。研究结果表明AgTiPS₆是一种n型半导体，其器件具有明显的光门效应。
图3 基于AgTiPS₆纳米线光电晶体管的电气和光电性能表征
纳米线器件的有效面积有限，导致在红外波段缺乏明显的光响应。作为解决方案，研究团队构建了一个基于较厚AgTiPS₆纳米薄片的光电探测器以实现更宽光谱的探测，该器件光电特性如图4所示。得益于其固有的光吸收和光热电效应，基于AgTiPS₆的光电探测器表现出从可见光到中红外波段的宽光谱响应。
图4 基于AgTiPS₆纳米片光电探测器的光电特性
最后，研究团队系统探究了AgTiPS₆的各向异性电子和光电特性，主要源于其低对称结构的本征各向异性，相关研究成果如图5所示。AgTiPS₆器件表现出显著的面内电气和光电各向异性，其电导比为5.44，光响应比为2.44，超过了大多数二维材料。AgTiPS₆的优异稳定性和独特的各向异性特性突显了其作为各向异性电子和光电器件应用的有力候选者的潜力。
图5 AgTiPS₆器件的电子和光电各向异性
综上所述，这项研究成功制备了一种新型的四元面内各向异性二维材料半导体AgTiPS₆，其表现出n型半导体特性，带隙为1.08 eV。AgTiPS₆独特的低对称晶体结构，以其前所未有的交叉堆叠构造模式为特征，赋予了其固有的光学、电子和光电各向异性以及卓越的环境稳定性。此外，AgTiPS₆器件展示了显著的面内电学和光电各向异性，具有轴向取向选择性，优于其他二维材料。这项研究证实了AgTiPS₆作为可靠且偏振敏感型光电探测的有力候选者，从而扩展了二维各向异性材料的范围，并推动了先进各向异性电子和光电器件的研究。
https://doi.org/10.1002/adma.202416041
偏振敏感光电探测器能够捕捉光波的偏振状态，这一特性在波长和强度之外提供了额外的探测维度。与传统光电探测器相比，这一特性为信息编码和传输引入了独特的自由度，因此在遥感、导航、天文观测和军事应用等领域引起了广泛关注。为了实现偏振探测的最佳性能和多功能性，偏振敏感光电探测器的活性层必须包含具有显著各向异性行为的低对称结构。近年来，二维（2D）面内各向异性材料的应用极大地改善了二维材料的性能，为偏振敏感光电探测器的开发和控制提供了新的灵活性。这一进展归功于这些材料固有的结构各向异性和高电子迁移率。因此，二维各向异性材料逐渐被认为是下一代偏振敏感光电探测器的有力候选者，能够提供增强的性能和简化的器件制备工艺。
二维面内各向异性材料通常由一维（1D）扭曲链组成，这些链以平行或反平行堆叠的方式相互连接。其晶体结构固有的低对称性赋予了其独特的各向异性电子、光电和热学特性。作为面内各向异性二维材料的典型代表，黑磷（BP）因其褶皱的低对称结构而备受关注，并已被广泛开发用于偏振敏感光电探测。其他二维面内各向异性材料也得到了系统研究，包括SiAs、黑砷（b-As）、1Td WTe₂、GaTe、GeAs、PdPS、TaFeTe₄和Ni₂P₂S₆。然而，已报道的二维各向异性材料的有限带隙和次优的光电转换效率主要将其功能限制在了可见光波段，而少有在红外波段工作。此外，某些各向异性二维材料（如BP、GeAs₂和PbSnS₂）由于其空气敏感性或组成元素的毒性，表现出较差的稳定性和环境兼容性。值得注意的是，目前大多数各向异性二维材料的各向异性特性有限，具有较低的各向异性电导率（如BP、GeSe₂、SnS和Nb₃SeI₇）和较低的二向色性比（如GeS、GeSe、SiP₂和ZrGeTe₄）。与平行结构相比，具有交叉堆叠结构的二维材料由于其独特的一维各向异性链结构和原子排列，表现出显著的方向性特性。这些特性预计将带来显著的电气和光电各向异性，同时增强稳定性。然而，迄今为止，尚未有实验报道具有交叉堆叠结构的二维各向异性材料。因此，探索具有交叉结构的新型二维材料，并系统研究其稳定性、环境友好性以及显著的电气和光电各向异性，具有重要的科学意义和技术必要性。
据麦姆斯咨询报道，近日，由中山大学、天津大学和电子科技大学组成的科研团队发现并引入了AgTiPS₆原子层（如图1），这是一种具有交叉堆叠结构的二维面内各向异性材料，扩展了二维材料家族。低对称性的晶体结构使AgTiPS₆表现出显著的面内各向异性光学、电子和光电特性（如图2），结合其相对较窄的光学带隙（1.08 eV），使其适合开发为宽带和偏振敏感型光电探测器。这项研究以“2D AgTiPS6: a Cross-Stacked In-Plane Anisotropic Semiconductor for Broadband and Polarization-Sensitive Photodetection”为题发表在Advanced Materials期刊上。
图1 AgTiPS₆的晶体结构
图2 AgTiPS₆的基本表征和拉曼光谱表征
具体而言，角度分辨偏振拉曼光谱（ARPRS）和偏振光反射光谱随线性偏振光方向周期性变化，证实了AgTiPS₆具有显著的结构和光学各向异性。研究人员对基于AgTiPS₆纳米线光电晶体管进行了电子和光电特性测量，相关研究结果如图所示。研究结果表明AgTiPS₆是一种n型半导体，其器件具有明显的光门效应。
图3 基于AgTiPS₆纳米线光电晶体管的电气和光电性能表征
纳米线器件的有效面积有限，导致在红外波段缺乏明显的光响应。作为解决方案，研究团队构建了一个基于较厚AgTiPS₆纳米薄片的光电探测器以实现更宽光谱的探测，该器件光电特性如图4所示。得益于其固有的光吸收和光热电效应，基于AgTiPS₆的光电探测器表现出从可见光到中红外波段的宽光谱响应。
图4 基于AgTiPS₆纳米片光电探测器的光电特性
最后，研究团队系统探究了AgTiPS₆的各向异性电子和光电特性，主要源于其低对称结构的本征各向异性，相关研究成果如图5所示。AgTiPS₆器件表现出显著的面内电气和光电各向异性，其电导比为5.44，光响应比为2.44，超过了大多数二维材料。AgTiPS₆的优异稳定性和独特的各向异性特性突显了其作为各向异性电子和光电器件应用的有力候选者的潜力。
图5 AgTiPS₆器件的电子和光电各向异性
综上所述，这项研究成功制备了一种新型的四元面内各向异性二维材料半导体AgTiPS₆，其表现出n型半导体特性，带隙为1.08 eV。AgTiPS₆独特的低对称晶体结构，以其前所未有的交叉堆叠构造模式为特征，赋予了其固有的光学、电子和光电各向异性以及卓越的环境稳定性。此外，AgTiPS₆器件展示了显著的面内电学和光电各向异性，具有轴向取向选择性，优于其他二维材料。这项研究证实了AgTiPS₆作为可靠且偏振敏感型光电探测的有力候选者，从而扩展了二维各向异性材料的范围，并推动了先进各向异性电子和光电器件的研究。
https://doi.org/10.1002/adma.202416041
