创纪录的光探测器：125皮秒内捕捉光信号

本文介绍了一种突破性的超薄热释电光传感器。它能在室温下工作、无需外部电源，且可直接集成到芯片系统中，有望催生新一代多光谱相机。传统半导体光电探测器只能响应可见光，类似人眼；而传统热释电探测器虽可覆盖更广光谱，却因依赖材料升温而反应慢、体积大。本研究通过创新的超表面结构——由精确排布的银纳米立方体阵列构成，置于仅10纳米厚的透明层上，再覆盖金膜——实现了近乎完美的光吸收。光激发银中电子产生等离激元共振，能量被高效捕获并转化为热，进而触发下方超薄热释电层产生电信号。2019年团队首次验证原理，但未测速；此后博士生申恩昭优化设计：将超表面改为环形以增大受光面积、缩短电信号路径；采用合作方提供的更薄热释电材料；改进读出电路；并用两台分布式反馈激光器搭建低成本测速系统。实测显示，该探测器响应时间仅125皮秒（即每秒2.8吉赫兹），比常规热释电器件（纳秒至微秒级）快数百至数千倍。研究人员正探索将热释电材料嵌入纳米立方体与金膜之间的极窄缝隙，以进一步提速，并尝试用多个超表面同步识别不同波长及光偏振。该技术无需供电，适合搭载于无人机、卫星等平台，未来可在精准农业（实时监测作物水肥需求）、皮肤癌早期筛查、食品污染物快速检测、遥感等领域发挥重要作用。