近期，中国科学院长春光机所在ACS Photonics发表了题为“Linearly/Circularly Polarization-Sensitive Photodetector Enabled by Vertically Stacked P-Semimetal-N (PMN) Dual Schottky junction for Information Transmission”的研究论文。本文第一作者为博士研究生赵星宇，第二作者为张楠副研究员，通讯作者由李绍娟、黎大兵、张楠共同担任。该研究展示了一种基于垂直堆叠P型半导体-半金属-N型半导体（PMN）双肖特基结的线性/圆偏振双模敏感光电探测器，为实现片上集成、高灵敏、低噪声的全斯托克斯偏振测量提供了可行路径。该器件将暗电流抑制了7个数量级，光开关比达到10⁴，并在1064-1550 nm近红外波段展现出明确的线偏振与圆偏振分辨能力。该技术成功应用于高对比度偏振成像、偏振编码光通信及双波长图像加密处理，展现了其在信息传输与信息安全领域的应用潜力。

在高速光通信、光学加密、自动驾驶以及量子信息处理等领域，对能够直接分辨光偏振态的超紧凑、高效率光电探测器需求迫切。传统偏振探测技术严重依赖外部光学元件将偏振信息转换为强度信号，导致系统复杂、体积庞大且光能损耗显著。尽管具有本征各向异性的二维半金属为实现无需元件的集成化偏振探测提供了可能，但其固有的零带隙特性导致暗电流过高、载流子复合率大，使得微弱的偏振相关光信号被淹没，无法实现有效的偏振分辨。

器件结构与能带原理图

为解决上述难题，研究团队设计了PMN双肖特基异质结。该结构的核心优势在于其在MoTe₂沟道层两侧形成了两个背对背的肖特基势垒。这一架构产生了协同增强效应：首先，双势垒极大地抑制了载流子的自由扩散，将暗电流从微安量级（10^-6 A）压制至亚皮安量级（10^-13 A），降幅达7个数量级。其次，由能带弯曲产生的内建电场与外加电场协同作用，不仅有效分离了光生电子-空穴对，还驱动它们分别向WSe₂和MoS₂层快速定向传输，显著降低了载流子复合概率，从而实现了偏振信号的高效提取。

PMN光电探测器在1550 nm下的偏振探测性能、成像与与圆偏振通信应用

得益于该设计，探测器在近红外通信波段表现出卓越的综合性能：光开关比达到10²至10⁴，响应度为0.137 A/W，比探测率达3×10¹⁰ Jones。最关键的是，该器件继承了T_d-MoTe₂材料因对称性破缺和拓扑能带特性带来的本征偏振敏感性，无需任何外部光学元件即可同时分辨线偏振和圆偏振光，线偏振比最高达3.0，并能观测到明确的圆偏振光电流响应（11 pA）。

偏振信息加密

在信息安全方面，团队利用了器件对1064 nm和1550 nm光在不同偏振角下的响应差异，实现了双波长光学加密。在特定偏振角下，携带信息的信号光被背景光完全掩盖，经加密的图像被卷积神经网络识别的准确率低于11%；而在解密偏振角下，图像清晰可辨，识别率超过95%，展现了卓越的加密性能。

该研究提出的PMN双肖特基结架构，通过巧妙的能带设计与异质结协同调控，成功攻克了半金属偏振光电探测中高暗电流与低信号提取效率的核心挑战。这项技术为实现高灵敏度、高能效的片上全斯托克斯偏振探测提供了可靠的平台，将极大地推动下一代集成化光电系统在信息通信、传感与安全领域的发展。