新光学传感器技术实现紫外至红外波段光子自旋检测
由DGIST能源科学与工程系杨志雄教授带领的研究团队，近期开发出一种先进的光学传感器技术，不仅能检测光的强度与波长，还具备识别光子自旋信息的能力。这项创新性成果基于量子点的新型光学传感器设计，实现了对覆盖紫外至短波红外波段的圆偏振光（CPL）的精准探测，其性能可与商用硅基光学传感器媲美。研究成果已发表于《先进材料》期刊。
圆偏振光（CPL）是指其电场矢量在传播过程中呈螺旋状旋转的光波，这种特性直接反映了光子的自旋状态。在量子通信、量子密码学以及光子量子信息处理等前沿领域，光的偏振特性被视为核心信号之一，因此，开发相关光学传感技术已成为全球科研热点。
传统CPL探测方法依赖于材料固有的手性结构，这类结构对光的吸收具有方向性，从而实现偏振分辨。然而，这种依赖特定手性材料的策略限制了探测波段的宽度，通常仅适用于紫外或可见光区域。将CPL传感拓展至对量子通信和光学传感至关重要的红外波段，一直是技术发展的瓶颈。
针对这一挑战，杨教授团队提出了一种突破性的解决方案：他们并未在光吸收层中引入手性材料，而是将手性结构嵌入电子传输路径中。通过将氧化锌（ZnO）电荷传输层与手性物质结合，并将其集成到量子点光电二极管中，研究人员实现了对具有特定自旋方向电子的选择性传输。当CPL光激发电子并穿过该特殊层时，其电流响应随自旋状态变化，从而实现对CPL的高效检测。
该新型量子点光学传感器能够覆盖从紫外、可见光、近红外直至短波红外的广泛波段，能够在单一设备中实现偏振信息的宽谱探测。这种能力在当前光学传感领域极为罕见。此外，传感器展现出高达10¹²琼斯的探测灵敏度，显示出其在商业化应用方面的巨大潜力。
杨志雄教授指出，这项研究提出了检测光子自旋信息的全新机制，为未来量子光电子学的发展奠定了基础。该技术有望广泛应用于量子通信、量子传感、下一代图像传感器以及安全光通信等多个领域。
相关成果由Minseo Kim等人完成，题为《通过量子点光电二极管自旋选择性电荷传输实现宽带圆偏振光检测》，发表于《Advanced Materials》（2026）。DOI: 10.1002/adma.202519146。
期刊信息：Advanced Materials