随着光通信、成像传感等信息技术的快速发展，传统硅基光电探测器在纳米尺度下面临性能提升瓶颈。二维过渡金属硫化物（Transition metal dichalcogenides, TMDs）因其原子级厚度、可调带隙、强光-物质相互作用及柔性集成的优势，为突破传统光电探测器的尺寸与性能极限提供了全新路径，成为下一代光电器件的研究热点。然而，界面缺陷和载流子复合等问题严重制约了其性能的进一步提升。

近日，复旦大学未来信息创新学院张荣君教授团队在光学与光子学领域的国际著名期刊《Laser & Photonics Reviews》上发表题为“Self-Powered MoSSe/MoSe₂ Alloy-Heterojunction Photodetector via Interface Engineering for Dual-Function Imaging and Cryptographic Data Transmission”的研究论文，通过合金工程和能带工程的协同策略，构建了基于TMDs材料的MoSSe/MoSe₂异质结探测器原型，在新型光电探测器研究方面取得重要进展。

研究团队采用三元合金MoSSe与MoSe₂形成Type-Ⅱ型能带异质结，利用合金工程有效抑制了硫空位缺陷，同时通过能带工程在界面处产生强内置电场，显著提升了载流子分离效率。在550 nm光照下，器件通过3V偏压的“电子增益”得到的等效外量子效率（EQE）高达470%，零偏压下的暗电流仅为5×10^-15 A，比探测率达到2.4×10⁹ Jones。此外，器件在200-1000 nm波长范围内展现出优异的宽谱响应特性，具备良好的自驱动工作能力。团队通过空间分辨光电流谱等先进表征手段，系统分析了异质结界面的载流子产生、分离和传输动力学过程，为器件性能优化提供了理论依据。

图1 MoSSe/MoSe₂异质结探测器的光电响应性能

最后，本研究进一步展示了该器件原型在多波长成像和加密光通信领域的应用潜力。在多波长成像验证中，研究团队搭建了基于该探测器的成像系统，在多个波段均能获得清晰的图像，且各波段图像具有良好的空间配准精度，展现了MoSSe/MoSe₂探测器宽谱成像的优异性能。研究团队在发送端将文字信息转换为摩斯电码，通过控制光源产生对应的光脉冲信号，接收端使用自驱动MoSSe/MoSe₂探测器，在无需外接电源的情况下，将光脉冲实时转换为电信号。实验证明，探测器能够准确识别不同长度的光脉冲，完整保持摩斯密码的时序特征，实现了可靠的光学信息传输。

图2 MoSSe/MoSe₂异质结探测器的成像与加密传输

本项研究通过材料设计与界面工程的协同优化，成功解决了TMDs界面缺陷与载流子复合等关键问题，为高性能自驱动光电探测器的发展提供了新思路。该研究不仅深化了二维材料能带调控的基础理论认识，也为下一代光电器件的设计制备提供了重要技术支撑，在光通信、成像传感等领域展现出广阔的应用前景，预计将推动相关产业向低功耗、多功能、高性能方向进一步发展。

复旦大学未来信息创新学院2024级博士生丁依凡为本文第一作者，上海超精密光学制造工程技术研究中心张荣君教授和中科院上海技术物理研究所上海市光学薄膜与光谱调控重点实验室蔡清元研究员为共同通讯作者。研究工作受国家自然科学基金、东方英才计划青年项目基金和长光-复旦合作基金等资助。

文章链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202501936