新型光学传感器实现紫外至红外光子自旋检测
由韩国DGIST能源科学与工程系杨志雄教授主导的研究团队，最近开发出一种能够检测光子自旋信息的新型光学传感器。这项技术不仅能准确捕捉光的强度与波长，还能读取其旋转方向，标志着光学传感迈入新阶段。研究团队成功研发出基于量子点结构的圆偏振光（CPL）检测器件，其工作波段覆盖从紫外至短波红外的广阔光谱范围，同时保持与商用硅基传感器相当的性能水平。相关成果已发表于国际知名期刊《Advanced Materials》。
圆偏振光（CPL）是一种其电场在传播方向上呈现螺旋形旋转的光，其特性直接关联光子的自旋状态。这类偏振信息在量子通信、光子信息处理和量子密码等前沿技术中扮演着核心角色，因此，开发高灵敏度、广谱响应的CPL传感器已成为全球科研机构关注的重点。
传统CPL传感器通常依赖材料本身的手性结构，即吸收光的介质需要具备特定的螺旋对称性。这种方法虽然在紫外和可见光波段取得了一定成效，但材料选择受限，并难以拓展至红外区域。而红外波段在量子通信和光学传感中至关重要，因此将CPL探测延伸至该区域一直是技术瓶颈。
为突破这一限制，杨教授团队提出了一个创新性方案。他们摒弃了在吸收层中引入手性结构的传统方法，转而将手性元素整合至电荷传输路径中。具体而言，研究人员设计了一种由氧化锌（ZnO）构成的电荷传输层，并结合手性材料，将其应用于量子点光电二极管。该结构实现了对自旋态电子的选择性传输：当CPL光子激发产生的电子通过该传输层时，其电流响应与电子自旋状态密切相关，从而实现了对光子旋转方向的直接探测。
该量子点传感器在工作光谱上实现了从紫外、可见光、近红外到短波红外的全覆盖，其探测范围之广在同类器件中极为罕见。同时，传感器表现出高达10¹²琼斯的探测灵敏度，显示出极高的商业化潜力。
杨教授指出，该研究不仅提出了一种全新的光子自旋检测机制，也为未来量子光电子学的发展奠定了基础。他强调，这项技术有望成为量子通信、量子传感、高精度图像采集以及安全光通信等多个领域的核心支撑技术。
这项研究成果由Minseo Kim等人完成，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年刊。DOI：10.1002/adma.202519146。
期刊信息：Advanced Materials