厦门大学张学骜、蔡伟伟教授团队联合国防科技大学邓楚芸副研究员及安徽大学龙明生教授，设计了一种由PtSe₂/MoTe₂范德华异质结实现的新型非制冷中波红外光电探测器。充分利用二维拓扑半金属PtSe₂的超宽带光谱吸收范围、高载流子迁移率及卓越环境稳定性等优越物理特性，通过范德华异质集成的策略引入二维过渡金属硫族化合物MoTe₂优化载流子输运和设计能带排列，有效解决了PtSe₂暗电流显著、响应速度缓慢等缺点，成功实现了同时具备高灵敏度、高速的室温中波红外光电探测。该工作有助于理解二维异质结物理及其层状异质结构中的光电响应机制，并为下一代高性能、低功耗红外光电探测器的设计提供了一种可行的范式。

室温中波红外光电探测在光通信、复杂环境侦察、量子信息、自动导航、医疗诊断、与遥感控制等前沿尖端应用中发挥着举足轻重的作用。几十年来，研究者在探索和优化中波红外光电探测器的候选材料方面取得了不断的进展。其中，包括从HgCdTe、InSb、量子阱结构等传统窄带隙半导体到石墨烯、黑磷、拓扑半金属等新型二维材料。作为一种新兴的II型Dirac半金属，2D PtSe₂凭借其独特的能带结构与优异的物理特性成为发展中波红外光电探测的潜力候选对象。尽管取得了持续的进步，但基于PtSe₂的光电探测器在中波红外波段仍存在响应度低的问题，且其灵敏度与响应速度的协同提升仍面临挑战。

在本工作中，通过引入二维过渡金属硫族化合物MoTe₂与II型Dirac拓扑半金属PtSe₂构筑范德华异质结构，有效解决了暗电流大、响应速度缓慢等瓶颈问题。在2.75-4.25 μm的中波红外光谱范围内，PtSe₂/MoTe₂光电探测器在室温工作条件下展现出了优异的响应度(8.4–2.5 A W^-1)和比探测率(4.5×10⁹–1.3×10⁹ cm Hz^1/2W^-1)。在长波红外10.6 μm波段，该探测器仍能保持良好的响应度（0.12 A W^-1）和比探测率（6.3×10⁷ cm Hz^1/2W^-1）。特别地，PtSe₂/MoTe₂光电探测器在可见光至近红外光谱范围内实现了3–5 μs的优异光响应速度，富有竞争力的3 dB带宽（0.13 MHz）表明该探测器具备鲁棒的宽带探测能力。此外，在中波红外4050nm波段下，其展示出与先进室温中波红外探测器性能相当的560 μs的快响应速度。凭借其卓越的响应速度特性，PtSe₂/MoTe₂光电探测器在光通信及信息技术等物联网前沿领域的信息传输应用中展现出重要潜力。

图1. PtSe₂/MoTe₂范德华异质结光电探测器的基本表征。

图2. PtSe₂/MoTe₂范德华异质结的能带排列。

图3. PtSe₂/MoTe₂光电探测器在中波红外至长波红外光照射下的光电响应特性。

图4. PtSe₂/MoTe₂光电探测器的高灵敏宽带响应特性。

图5. PtSe2/MoTe2光电探测器的光响应速度及红外通信应用展示。

相关研究成果近期以《High-Sensitive Uncooled Mid-Wave Infrared Photodetector Based on PtSe2/MoTe2 Heterojunction with Fast Speed》 为题发表于《Advanced Functional Materials》期刊（Adv. Funct. Mater. 2025, 2423102）。该论文第一作者为厦门大学物理系22级博士研究生刘潇，通讯作者为厦门大学张学骜教授、蔡伟伟教授，国防科技大学邓楚芸副研究员以及安徽大学龙明生教授，厦门大学物理系为论文第一单位。该研究成果得到国家自然科学基金项目（12374193）的资助支持。

文章链接： https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202423102