近日，西北工业大学齐卫红教授和中科院兰州化学物理研究所刘为民院士研究发现，镍纳米粒子修饰缺陷二硫化钼可形成光选通效应，可大幅提高红外光电探测性能。设备。

光电探测器广泛应用于环境监测、遥感和生物医学成像。二硫化钼(MoS2)是一种代表性的二维过渡金属二硫属化物，具有许多吸引人的特性，使MoS2成为下一代光电器件的有希望的候选者。然而，MoS2相对较大的带隙限制了其在近红外区域的光电应用。

缺陷工程，例如引入S空位，为设计具有宽带光电检测的基于MoS2的器件提供了有希望的见解。

然而，该方法存在一个瓶颈，即S空位引入的缺陷能级导致光生载流子很容易被缺陷态捕获，导致响应速度慢、灵敏度差，从而损害性能。Ni纳米颗粒修饰后，光电探测器的响应度和探测率从0.15A·W-1和1.1×109Jones提高到1.38A·W-1和8.9×109Jones。

通过在管式炉中用Ar/H2(95%/5%)流进行氢还原，将S空位和NiNPs同时引入多层MoS2中。此外，使用在还原气氛中退火且不含Ni纳米粒子的多层MoS2晶体作为对比。制造好的光电探测器(Ni/MoS2)和对比光电探测器(MoS2)在黑暗和光照条件下的不同电流-电压(IV)特性。

MoS2器件中电子占多数，而Ni/MoS2器件中空穴占多数。Ni/MoS2器件表现出极大改善的光电流，而暗电流几乎保持恒定。

根据所提供的能带结构图揭示了镍纳米粒子的效应。Ni纳米颗粒修饰后，MoS2与Ni形成内建电场，使电子流入Ni纳米颗粒中，即产生光伏效应。电子流入Ni纳米粒子会导致MoS2中的电子耗尽并产生光选通效应(栅极电压<0)以增强沟道内的电导并避免缺陷能级的不利影响。

此外，当电子流入Ni纳米粒子时，Ni/MoS2器件可以更容易地达到平衡状态，因为这种行为大大减少了捕获电子的缺陷能级的复合。

本研究提出了优化缺陷工程的有效策略。缺陷工程可以拓宽MoS2的光电检测范围，特别是在红外区域。解决缺陷工程问题可以促进MoS2在红外光电探测器中的应用。该策略提供了一种创造性策略，可以在引入缺陷水平来减小带隙时避免缺陷工程的不利影响。

电子在镍纳米颗粒中积聚，导致电子耗尽和光门效应。因此，Ni纳米颗粒装饰能够实现更快的响应速度并提高光电探测器的性能。作者认为，该策略和相应的机制可以为光电探测器的设计提供新的见解，并为类似系统的研究提供参考。

该研究发表在《研究》杂志上。齐伟红博士，材料学教授，主要从事二维材料和计算材料研究。刘为民教授是中国科学院院士、世界科学院院士。他的研究兴趣包括润滑材料和空间摩擦学。现任《TribologyInternational》联合主编、《中国摩擦学杂志》主编。

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