近日，在庄松林院士指导下，太赫兹技术创新团队朱亦鸣教授、郭旭光教授联合国科大杭州高等研究院陈效双教授课题组，提出了一种具有内置加密功能的新型片上超构材料增强型中红外光电探测器，结合了高灵敏度、安全数据处理和逻辑功能，解决了当前光电芯片集成系统中的关键限制。这项研究以《具有内置加密功能的片上超材料增强型中红外光探测器》（“On-Chip Metamaterial-Enhanced Mid-Infrared Photodetectors with Built-In Encryption Features”）为题发表在《Advanced Science》期刊上（中科院一区，IF 14.3）。第一作者为博士生侯时聪，通讯作者为朱亦鸣教授、郭旭光教授、张力波副教授以及唐伟伟副教授。
光电探测器集成内置加密功能，为分散式网络和紧凑型传感系统实现安全通信带来了巨大希望。然而，受限于弱光子吸收，且在器件层面嵌入加密技术存在复杂性，在微型化尺寸下实现高灵敏度、自供电操作以及室温下的可靠性能，仍是一项极具挑战性的任务。传统基于二维（2D）材料的弱光探测存在固有限制，为突破这些限制，需要研发一种新型器件。这种新型器件不仅要能增强弱光子吸收，还要在探测功能基础上集成芯片级加密、光学逻辑操作等先进功能。针对此需求，项目团队创新性地提出了一种基于二维Ta₂NiSe₅的新型片上超构材料增强型光电探测器。该探测器采用特殊设计的等离子体共振微结构，能够实现百纳安级的自供电光电探测。其金十字形谐振器能产生等离子体诱导的超热电子，这不仅显著增强了对能量远低于带隙的中红外光子的吸收能力，还促进了Ta₂NiSe₅中电子的热化。在0.1 V偏压下，该探测器的响应度达到47 mA/W，远超此前相关报道的数值。此外，通过将输入、输出信号配置为特定的光学和电学信号，该探测器展示了六种可重构光电逻辑运算的实现方式，进而搭建起实时光加密通信平台。这项研究不仅为高性能自供电光电探测器的发展提供了切实可行的解决方案，还为光通信系统中高效信息传输的实现开辟了新路径。
基于片上超构材料增强型基于二维Ta₂NiSe₅的光电探测器的结构设计和性能应用展示
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https://doi.org/10.1002/advs.202415518