光熱電（PTE）探測(cè)器因其寬帶響應(yīng)、室溫工作和自供電特性，被視為紅外光子探測(cè)器的理想替代方案。理論上，交替磁性/非共面反鐵磁材料MnTe/MnTe?由于顯著的熱電特性和豐富的紅外波段光吸收能力（源于自旋軌道耦合與塞曼效應(yīng)共同作用的復(fù)雜電子結(jié)構(gòu)），可在紅外波段產(chǎn)生顯著的光熱電效應(yīng)。
通過(guò)化學(xué)氣相傳輸（CVT）方法生長(zhǎng)的MnTe和MnTe?單晶均表現(xiàn)出金屬光澤。研究人員對(duì)MnTe和MnTe?的晶格結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征，相關(guān)結(jié)果如圖1所示。
圖1 MnTe、MnTe?的晶格結(jié)構(gòu)示意圖及其光學(xué)表征
隨后，研究人員制造了MnTe和MnTe?光電探測(cè)器，從而研究其光熱電效應(yīng)，相關(guān)結(jié)果如圖2所示。MnTe和MnTe?光電探測(cè)器的關(guān)鍵參數(shù)響應(yīng)率（R）、噪聲等效功率（NEP）和比檢測(cè)率（D*）如圖2e至圖2g所示。
圖2 光熱電效應(yīng)測(cè)量裝置示意圖及MnTe和MnTe?光電探測(cè)器的光電性能表征
響應(yīng)時(shí)間是表征光電探測(cè)器響應(yīng)入射光變化的速度的關(guān)鍵參數(shù)。研究人員進(jìn)一步測(cè)量了MnTe和MnTe?光電探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間，相關(guān)結(jié)果如圖3所示。研究人員還將MnTe和MnTe?的光熱電性能與最近研究熱度較高的幾種熱電材料進(jìn)行了比較，相關(guān)結(jié)果如圖4所示。
圖3 MnTe和MnTe?光電探測(cè)器的光電性能表征
圖4 MnTe探測(cè)器與已報(bào)道熱電材料基光熱電探測(cè)器的探測(cè)能力對(duì)比
得益于MnTe優(yōu)異的光熱電性能，MnTe光電探測(cè)器表現(xiàn)出了卓越的紅外靜態(tài)成像能力，相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)置及成像成果如圖5所示。結(jié)果展示了MnTe探測(cè)器在工業(yè)檢測(cè)和物體識(shí)別方面以及光通信中非實(shí)時(shí)信息傳輸?shù)臐摿?/span>。
圖5 MnTe光電探測(cè)器紅外靜態(tài)成像能力展示
為了更深入地了解MnTe和MnTe?在中波紅外波段的增強(qiáng)光響應(yīng)機(jī)制，研究人員從2-5 μm（0.25-0.62 eV）波段的反射率光譜中推導(dǎo)出了其的吸收光譜，相關(guān)結(jié)果如圖6所示。
圖6 MnTe和MnTe?晶體的光譜響應(yīng)度及對(duì)應(yīng)吸收光譜、理論吸收光譜
綜上所述，這項(xiàng)研究成功研制出基于MnTe和MnTe?晶體的自供電室溫寬帶光熱電探測(cè)器。這兩種探測(cè)器在444 nm - 3800 nm范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的光熱電性能，這主要?dú)w因于材料增強(qiáng)的光吸收特性。得益于較低的電阻特性，MnTe和MnTe?探測(cè)器可同時(shí)適用于電壓和電流兩種工作模式。為展示其應(yīng)用潛力，研究人員進(jìn)一步證實(shí)了MnTe探測(cè)器可實(shí)現(xiàn)高分辨率紅外掃描成像及靈敏的人體輻射探測(cè)。這項(xiàng)研究不僅揭示了磁性材料MnTe和MnTe?在中波紅外室溫探測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景，同時(shí)推動(dòng)了交替磁性與非共面反鐵磁材料的多功能化發(fā)展。
https://doi.org/10.1002/adfm.202512818
