华南师范大学工学部半导体科学与技术学院高伟副研究员课题组与陕西师范大学材料科学与工程学院徐华教授、浙江大学光电科学与工程学院李京波教授合作，首次实现具有组分连续可调的二维自支撑GeS_1-xSe_x材料的可控生长。为定制化偏振光电子器件的发展提供了新思路。相关成果以《具有组分可调带隙的二维自支撑GeS_1-xSe_x用于定制化偏振光电子器件研究》（Two-Dimensional Free-Standing GeS_1-xSe_x with Composition-Tunable Bandgap for Tailored Polarimetric Optoelectronics）为题，于2024年4月26日在线发表于《先进材料》（Advanced Materials）（影响因子：29.4）。该期刊是材料科学领域具有极高影响力的国际学术期刊，同时也是我校列入材料科学与工程学科代表性成果推荐目录的顶尖B层次期刊之一。

作为典型的IV_A族金属硫属化合物，二维锗基单硫属化合物（GeS和GeSe）由于其优越的电学、光学以及光电子特性和其低成本、地球丰富和环保等特点获得了持续的关注。更重要的是，由于其低对称性的正交晶体结构，它们表现出本征的面内各向异性，这为偏振敏感光电探测器、线偏振脉冲发生器和各向异性存储器等应用提供了可行的途径。然而，由于具有相对固定的能带结构、不可配置的光电子性能以及难以实现自支撑生长等困难，二维锗基单硫属化合物在定制化偏振光电子器件中的应用仍然充满挑战。

针对以上问题，高伟副研究员通过在二维IV_A族金属硫属化合物可控生长研究领域的长期探索，独辟蹊径地提出利用低压快速物理气相沉积法，首次成功生长具有组分可调的二维自支撑GeS_1-xSe_x（0 ≤ x ≤ 1）纳米片，实现了依赖成分连续可调的光学带隙和电子能带结构。随着成分的改变，在成分依赖调制和自支撑生长的协同作用下，基于GeS_1-xSe_x纳米片的光电子器件呈现显著可配置的空穴迁移率（从6.22 × 10^-4到1.24 cm²V^-1s^-1 ）和可调节的响应度（从8.6到311 A/W）。不仅如此，在合金工程的作用下，该器件的偏振灵敏特性可从4.3（GeS_0.29Se_0.71）到1.8（GeSe）被有效调节。最后，还展示了二维自支撑GeS_1-xSe_x合金器件的定制化光电成像能力。这项工作开创性地为二维GeS_1-xSe_x纳米片的研究提供了一个里程碑式的起点，不仅很好地拓宽了二维Ge基单硫属化合物的功能性，而且促进了定制化偏振光电子器件的发展。

本论文的第一作者为华南师范大学工学部半导体科学与技术学院2021级博士生郑涛；共同通讯作者为华南师范大学工学部半导体科学与技术学院的高伟副研究员、陕西师范大学材料科学与工程学院的徐华教授和浙江大学光电科学与工程学院的李京波教授。论文主要参与者还包括霍能杰研究员、陈祖信、杨孟孟、孙一鸣副研究员、广东工业大学材料与能源学院郑照强副教授、工学部半导体科学与技术学院集成电路设计与集成系统专业22级本科生王泉皓和曹塘彪。

该研究工作得到国家自然科学基金、广州市科技计划项目以及华南师范大学学生课外科研金种子培育项目等支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202313721