昆山杜克大学主导研究,成果将有助于改进光电探测技术

昆山杜克大学物理学副教授郑昌成博士主导研究项目,揭示了半导体材料铝铟砷合金(aluminium indium arsenide alloy)的光学特性,推进了对其潜在技术领域的理解。

郑昌成博士指导昆山杜克大学两名本科生,研究分析了铝铟砷合金对光的反应。研究人员发现了该材料的某些特性,可用于开发用于光探测和操控的光电设备,并为进一步的研究工作提供了量化基础。

物理学副教授郑昌成博士

郑昌成博士表示:“这项研究结果为今后的重要研究提供了理论基础,有望导致光电技术的发展提升,光电技术广泛应用于从医疗保健到通信等多个领域。”

“我们拓展了对铝铟砷合金和类似材料的研究,量化了其内部发生的物理过程,研究成果可为进一步的工作提供参考。”

研究小组用激光束照射在低温恒温器内的铝铟砷合金材料上,以测试其在不同条件下对光的反应。她们特别分析了两个效应——材料内部光激发电子的局域态以及其光致发光过程。

昆山杜克大学2022届本科生俞佳君参与了该研究项目

当光束照射到大多数材料上时,亚原子粒子(电子)吸收了光的能量(光子),跃迁到高能级后,电子可以在材料内部自由移动。在铝铟砷合金中,势阱捕获电子,形成局域化电子态,在短时间内限制电子移动。当电子开始移动时,从高能级跃迁到低能级,释放出光子,这个过程称为光致发光。在低光照条件下手表中发光的指针和点即为光致发光的一个例子。

郑昌成博士解释说:“当激光束照射在铝铟砷合金上时,它从其中吸收一些激光的能量,然后释放出另一种光或光子。我们检测了这些光子,研究它们的行为方式,并从这些光子的表现中推断出材料内部电子的行为。正是这些电子会影响材料的应用。”

研究人员发现,铝铟砷合金内势阱可以快速捕获、释放电子,这使其成为制造快速红外光电探测器的潜在候选材料。红外光电探测器对光辐射产生反应,可应用于广泛的技术领域,包括自由空间光通信(使用光来无线传输数据)、监控、化学感应和生物医学成像等。

昆山杜克大学2023届本科生赵祎楠也参与了这个研究项目

研究人员还使用了物理模型来量化材料内发生的过程,为今后进一步的研究和实际应用建立了基础。

昆山杜克大学材料科学/物理学专业本科生俞佳君和赵祎楠加入了研究小组,在郑昌成博士的指导下开展研究工作。

其中,昆杜首届本科生俞佳君于今年五月毕业后,前往美国杜克大学进一步攻读电子与计算机工程硕士学位。回忆起这个项目开始时,俞佳君坦言自己对研究主题知之甚少,但凭借加倍努力和用心记忆,自己得以在短时间内掌握了大量的新知识和技能。

俞佳君表示:“我从这个研究项目中受益匪浅,不仅提升了对该领域的具体知识和技能的理解,还学到了如何进行科学研究。这对我将来的深造或研究生涯都会大有裨益。”

在这项研究中,郑昌成博士的研究团队与多所国内大学和研究机构合作,包括南京大学、上海科技大学、复旦大学、苏州科技大学以及中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所。其中,郑昌成博士的研究小组与南京大学和上海科技大学的合作尤为密切,组成了“研究环路”,分别聚焦于铝铟砷合金研究的不同方面,涉及物理分析、材料生长、器件设计和测试等多个领域。

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