低対称サブ波長アレイ強化レンズレス偏光感度光検出器のゲルマニウムセレン

テクスチャ、ストレス、粗さによる光偏光状態の変動を識別する能力を備えた偏光感受性光検出器は、国家安全保障、医療診断、航空宇宙の分野における独自の利点を置き換えます。面内の異方性2次元（2D）材料の利用により、偏光光検出器が偏光子のないレジームに導かれ、オプトエレクトロニクスデバイスの統合の小型化が促進されました。ただし、偏光率が不十分な（通常は10未満）、偏光信号の検出解像度が制限されます。ここでは、2Dゲルマニウムセレン（GESE）のサブ波長アレイ（SWA）構造を設計して、その異方性感受性をさらに向上させます。これにより、偏光電流比は1.6から18に増加します。低対称方向での原子スケールの格子配置。一方、SWAに焦点を当てた脱分極効果により、高感覚方向に沿った偏光に敏感な光応答は強く抑制されます。私たちのメカニズム研究により、SWAは電荷分布の非対称性を改善し、ジグザグ方向のマトリックス要素を減衰させることができることが明らかになりました。これにより、アームチェアの方向に沿った光吸収と光電気遷移の確率を高めるため、偏光感受性の向上を説明します。。さらに、GEES SWAに基づく光検出器は、808 nmの近赤外波長で40 dBの広範な範囲を示し、0.1 Lux of White Light（2D GEESEよりも2桁小さい2桁小さい光光検出能力が示されました。）。この作業は、2D材料の偏光感度を改善するための実行可能なガイドラインを提供し、偏光イメージングセンサーの開発に大きな利益をもたらします。

Polarization-sensitive photodetectors, with the ability of identifying the texture-, stress-, and roughness-induced light polarization state variation, displace unique advantages in the fields of national security, medical diagnosis, and aerospace. The utilization of in-plane anisotropic two-dimensional (2D) materials has led the polarization photodetector into a polarizer-free regime, and facilitated the miniaturization of optoelectronic device integration. However, the insufficient polarization ratio (usually less than 10) restricts the detection resolution of polarized signals. Here, we designed a sub-wavelength array (SWA) structure of 2D germanium selenium (GeSe) to further improve its anisotropic sensitivity, which boosts the polarized photocurrent ratio from 1.6 to 18. This enhancement comes from the combination of nano-scale arrays with atomic-scale lattice arrangement at the low-symmetric direction, while the polarization-sensitive photoresponse along the high-symmetric direction is strongly suppressed due to the SWA-caused depolarization effect. Our mechanism study revealed that the SWA can improve the asymmetry of charge distribution, attenuate the matrix element in zigzag direction, and the localized surface plasma, which elevates the photo absorption and photoelectric transition probability along the armchair direction, therefore accounts for the enhanced polarization sensitivity. In addition, the photodetector based on GeSe SWA exhibited a broad power range of 40 dB at a near-infrared wavelength of 808 nm and the ability of weak-light detection under 0.1 LUX of white light (two orders of magnitude smaller than pristine 2D GeSe). This work provides a feasible guideline to improve the polarization sensitivity of 2D materials, and will greatly benefit the development of polarized imaging sensors.