表面等离子体诱导长波光子探测

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       毫米波和太赫兹等长波光子光电探测器有广泛的应用领域，如：气象学、天文学、医疗、通讯和生物等领域。基于光生电子空穴原理的传统半导体光电探测器不适用于长波光子（LWPs）的探测，由于长波光子（LWPs）能量小而背景噪音大。市场上常用的LWP探测器包括有高莱（Golay）探测器、热电元件、辐射仪和肖特基二极管等。但是以上等探测器都面临着各自的问题，如高莱探测器和热电元件的响应速度慢，辐射仪需要在超低温（4.2 K）才能工作，肖特基二极管则需要先进的器件制备与材料生长技术。过去十几年间，很多研究者致力于LWP探测的开发。发展了一系列新型的LWP探测器件。如，基于子带间跃迁的太赫兹量子阱红外探测（需要高质量的量子阱，低温工作）；太赫兹场亚微米沟道的效应晶体管；基于二维材料石墨烯的LWPs探测器件等。

       近期，亚波长结构中的表面等离子体激元（SPPs）吸引了大量的研究工作，包括光传输、冷冻原子操纵、滤波、等离子体器件、太阳能电池等。SPPs的关键性能来源主要归功于非平衡电子。由于金属的等离子体频率一般位于可见或紫外光谱，因此在金属中实现毫米波和太赫兹波段的强力SPPs效应是极其困难的。
       近日，中科院上海科技物理研究所黄志明教授、南阳理工大学张道华教授（共同通讯作者）等在Nat. Commun.上发表了一篇名为“Surface plasmon induced direct detection of long wavelength photons”的文章。研究者通过精准的结构设计与材料选择，成功地研发出一种基于SPPs效应的欧姆型金属-半导体-金属（OMSM）光探测器件，可以直接检测毫米波与太赫兹波。常温下，该探测器的噪声等效功率（NEP）达到1.5 × 10−13W Hz−1/2。