新型光学传感器突破广谱光子自旋检测技术
科技研习社
新型光学传感器突破广谱光子自旋检测技术
在DGIST能源科学与工程系杨志雄教授的带领下，研究团队成功研发出一种新一代光学传感器技术，不仅能精准捕捉光的强度与波长，还能读取光子的自旋方向。该团队开发的基于量子点的传感器，首次实现了从紫外至短波红外光谱范围内的圆偏振光（CPL）检测，其性能可与商用硅基传感器相媲美。相关研究成果已在《Advanced Materials》期刊上发表。
圆偏振光是指在传播过程中电场矢量呈螺旋状变化的光，其极化特性反映了光子的自旋状态。这一特性在量子通信、量子密码学及光子量子信息处理等领域中具有关键作用，因此相关传感器技术正引起全球范围内高度关注。
传统CPL传感器通常依赖材料自身的螺旋结构（即手性结构）来实现偏振识别，这不仅限制了材料的选择范围，也将检测能力局限在紫外或可见光等窄波段。将该技术拓展至红外波段，尤其是对量子通信和光学传感至关重要的区域，一直是技术发展的瓶颈。
杨教授团队提出了一种创新方法，不再依赖材料的手性结构，而是将这种特性引入到电子传输路径中。研究人员开发出由氧化锌（ZnO）构成的电子传输层，并与手性分子结合，应用于量子点光电二极管。该结构实现了对具有特定自旋方向电子的选择性传输。当圆偏振光激发产生的电子通过该层时，其电流响应会因自旋态的不同而变化，从而直接识别光的旋转方向。
这项新型量子点光学传感器可在从紫外、可见光到近红外、短波红外的广泛光谱范围内检测圆偏振光。能够在单一设备中实现如此宽谱段的偏振信息采集，标志着该技术的显著突破。此外，该传感器的灵敏度达到1012 Jones，这一指标在光探测器中属于卓越水平，展现出良好的商业化前景。
杨教授指出，这项研究提出了光学传感器的新机制，为光子自旋信息的检测提供了全新路径。这一创新技术有望在量子通信、量子传感、下一代图像传感器以及安全光通信等多个量子光电子学领域发挥核心作用。
研究论文由Minseo Kim 等人共同完成，题为《通过量子点光电二极管实现宽带圆偏振光检测的自旋选择性电荷传输》，发表于《Advanced Materials》（2026），DOI：10.1002/adma.202519146。
期刊信息：先进材料
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