國際頂級期刊《自然·通訊》（Nature Communications）重磅刊發(fā)柳暢教授團隊聯(lián)合湖南大學、北京大學、CIF等機構(gòu)的突破性研究成果——《亞皮安暗電流紅外光電探測：極化水插層異質(zhì)結(jié)構(gòu)的革新之路》。
  這是中國團隊在紅外探測材料領(lǐng)域的又一里程碑！論文通過創(chuàng)新的“超薄極化水勢壘”技術(shù)，將器件暗電流壓至0.02皮安，室溫性能比肩商用制冷型探測器，為全球紅外技術(shù)發(fā)展注入“中國方案”！

  通過水分子插層構(gòu)建超薄極化勢壘，解決了傳統(tǒng)勢壘探測器的能帶工程難題，展示了二維材料在紅外光電探測中的巨大潛力。該工作為高性能、高工作溫度紅外探測器的發(fā)展提供了新范式。

 在器件核心制備環(huán)節(jié)，CIF定制化電熱板成為關(guān)鍵助力：

精準控溫：30℃±0.1℃恒溫控制，確保水分子在PdSe?表面均勻吸附，構(gòu)建0.75納米極化水層。

工藝革新：通過密封容器飽和蒸汽調(diào)控，實現(xiàn)二維材料界面水分子原子級有序排列，突破傳統(tǒng)真空工藝限制。

① 暗電流極限挑戰(zhàn)成功！

傳統(tǒng)紅外探測器暗電流高、依賴液氮制冷的痛點被徹底打破！團隊利用0.75納米水分子層的極化電場，首次實現(xiàn)“電子鎖死+空穴自由”的量子調(diào)控，讓器件在無光時近乎“靜默”，遇光時“秒級響應”。

② 室溫也能“看透”中波紅外！

無需復雜制冷裝置，器件在4.6微米中波紅外波段仍保持超高靈敏度（探測率>7.8×10? cm Hz1/2 W?1），人體熱輻射、工業(yè)廢氣監(jiān)測等場景迎來低成本解決方案。

③ 二維材料穩(wěn)定性顛覆認知！

器件在空氣中穩(wěn)定工作超兩年，攻克了二維材料易氧化、壽命短的技術(shù)難關(guān)，為產(chǎn)業(yè)化鋪平道路！

這項成果的背后，是材料學、光電工程、量子計算等多學科的深度碰撞：開創(chuàng)“極化水插層”異質(zhì)結(jié)設(shè)計，攻克原子級界面調(diào)控難題。

湖南大學電子學院：憑借頂尖顯微技術(shù)，首次捕捉水分子層的定向排列證據(jù)。

北京大學理論計算組：通過DFT模擬揭示極化電場的作用機制，為實驗提供堅實支撐。
科學沒有捷徑，唯有熱愛與堅持！ 團隊歷時3年、上千次實驗迭代，終將“不可能”變?yōu)椤翱赡堋薄?/p>

原理擴展與器件制備方法

原理普適性

該極化水層策略可拓展至其他二維材料（如MoS?、石墨烯等）及復雜堆疊結(jié)構(gòu)，為范德華（vdW）電子學提供超越傳統(tǒng)層堆疊的電調(diào)控新方向，有望推動多種二維電子/光電器件的發(fā)展。

器件制備方法

材料剝離

原料來源：WSe?與PdSe?塊體單晶購自上海昂唯科技有限公司，通過機械剝離法獲得薄層材料。

水分子插層異質(zhì)結(jié)構(gòu)建

步驟：
a. 將剝離的PdSe?薄片轉(zhuǎn)移至SiO?/P?Si襯底，置于自制密封容器（內(nèi)置超純水）中。
b. 通過加熱板調(diào)控容器溫度，形成飽和水蒸氣環(huán)境，精確控制PdSe?表面水分子吸附量（吸附時間：30℃下10分鐘）。
c. 使用PDMS載片將WSe?快速對準并壓印至PdSe?表面，形成WSe?/H?O/PdSe?異質(zhì)結(jié)（全程在氮氣手套箱中操作）。

電極加工

采用電子束光刻定義電極圖形，電子束蒸發(fā)沉積Cr/Au（10/50 nm）電極，經(jīng)剝離工藝完成器件制備。

關(guān)鍵設(shè)備：

電熱板：CIF

手套箱：氧/水含量＜0.1 ppm

電子束光刻系統(tǒng)：分辨率可達10 nm

技術(shù)優(yōu)勢

界面精準調(diào)控：水層厚度可控（0.75 nm），原子級潔凈界面保障載流子高效輸運。

環(huán)境兼容性：無需超高真空條件，工藝簡單且可規(guī)?；卣埂?/p>

  未來已來！紅外技術(shù)的無限可能。這項技術(shù)將如何改變我們的生活？

手機集成熱成像：登山遇險時，手機攝像頭實時探測人體熱源，救援效率倍增。

碳中和監(jiān)測：工廠排放口安裝微型傳感器，精準捕捉CO?、甲烷的紅外特征譜。

無人駕駛升級：夜間行駛穿透迷霧，毫米級識別行人與障礙物。

  柳暢教授團隊與CIF的跨界合作，詮釋了“產(chǎn)學研用”深度融合的澎湃力量！這項從中國實驗室走出的原創(chuàng)技術(shù)，正引領(lǐng)紅外感知邁向“高靈敏、高集成、高溫度”的新紀元！

  致敬每一位在微納世界里精耕細作的科學家！
  致敬助力大國重器誕生的中國科技企業(yè)！