中国粉体网讯 国计民生始终是纳米光子学研究关键的落脚点，纳米级物体的检测技术对疾病早期检测，环境检测，国土安全等领域具有重大的应用价值。当涉及到纳米尺度量级物体的检测时，我们不仅仅追求检测精度的不断提高，同时被检测物体不存在标记，检测手段实时可控，检测设备便携可集成以及设备成本低廉等要求都是纳米物体检测得以发展的重要条件。当谈到检测人们下意识的去依赖眼见为实，然而纳米尺度的检测要解决的是一根头发丝直径的万分之一大小物体，去追求亲眼看到每一个物体的难度也就越来越高，就是这样的需求促使光学传感器向着微纳米甚至更小量级去前进。微纳米光学传感器由于具有在单位模式体积内极高的品质因子和增强的光与物质相互作用的能力，近年来得到了深入的研究。迄今为止，用显微镜和光谱系统已经成功地检测到了单分子，单一病毒和单个纳米颗粒。然而，当前研究中所应用的高品质因子光学微腔和等离子器件技术存在诸如环境振动不稳定、分析时间长和成本高等缺点。它们的广泛使用受到严重阻碍，特别是在便携式即时点护理设备中的使用。
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针对这些问题，哈尔滨工业大学（深圳）宋清海团队充分利用甲基铵三卤化铅（MAPbX3）钙钛矿的优秀光电响应能力，将钙钛矿光电探测器与氮化硅波导相结合，利用新型卤化铅钙钛矿和氮化硅波导制备了一种集成光电探测器，并展示了它们在片上集成光学传感器中的潜力。研究人员使用了简便易得的激光二极管入射光源，结合钙钛矿氮化硅波导集成光电探测器，成功测量了半径约为70 nm的单个聚合物小球。器件通过将卤化铅钙钛矿纳米片集成到Si3N4波导上并结合适宜的封装，实现了卤化铅钙钛矿在极性溶液中测量纳米级物体的突破，从而可将其用作复杂环境下的光学传感器。与传统的光电探测器件通过采集空间光信号从而实现光电探测所不同，该器件依靠的是集成波导倏逝波传感，这种片上集成钙钛矿光电探测器的外量子效率可以高达0.2922 AW-1，证明了该器件性能与非集成类钙钛矿光电探测器一样好，与此同时片上集成结构体系使本器件拥有了检测波导中光信号的微小变化的独特能力。实验中通过光电流的实时变化简单地解决了半径小至70-80nm的纳米级物体的实时探测问题。由于光电探测器是片上集成的，因此该传感系统仅需要常规的半导体激光二极管和已经有完善的研究的光纤耦合系统支持就可以顺利工作，极大的降低了设备成本并有助于便携性的提高，能够协助解决纳米尺度物体的光电传感器的长期存在的设备要求繁琐检测成本高昂的问题。值得注意的是，通过用钙钛矿二维材料异质结构代替钙钛矿纳米片，可以进一步改善片上集成传感器的性能，特别是对于高温度和高湿度条件下的应用，具有极大的开发潜力和性能提升空间，本研究中提出的片上集成钙钛矿光学传感器能够在未来的商用终端传感器和其他便携式设备中发挥重要作用。
相关论文在线发表在Advanced Optical Materials (DOI:10.1002/adom.201801308)上。
（中国粉体网编辑整理/小虎）
