南京航空航天大学团队《Advanced Functional Materials》:Rb₂AgI₃超宽带隙银量子探测器单晶双功能光电探测器

一、研究背景 

高效率光电探测器在空间探索、医疗诊断和科学研究等领域拥有广泛应用。传统的高能量光子检测材料（如硅、Se、CdTe）存在效率低、热和高能量辐射不稳定、尽液条件下电流迅速增长等问题。宽带隙（WBG，带隙>3.4 eV）半导体如金刚石、BN、Ga₂O₃因兰高挑选性和能载离子传输能力引起关注。然而，某些WBG材料受到正边导体传导性弱的限制，在高能量X射线辐射下效率低下。银基碲氢类银碲器（MHPs）作为新一代材料，具有高光吸收率、高X射线裂治能力和高载离子收集效率，特别适合于无铁无毒、低成本的UV和X射线探测应用。本研究表明，CVD合成的Rb₂AgI₃单晶具有超宽带隙（≈4.03 eV）、高Z元素组分和明显的层状类似结构异向性，能够同时实现UVB极化性探测和高效率X射线成像。

二、研究进展

本研究由南京航空航天大学物理学院Jiang Mingming教授与复旦大学兹国兹教授团队合作完成，发表于《Advanced Functional Materials》（2026年）。研究团队通过定制化学气相沉积（CVD）方法合成高品质Rb₂AgI₃单晶。该材料共同具有：1、超宽带隙（≈4.03 eV）适合紧密海紧沇光学；2、高Z元素组分能高效裂治X射线；3、明显的层状类似异向性结构。基于这些特性，Rb₂AgI₃单晶光电探测器在UVB探测方面实现高响应率（0.29 A/W）和纳秒级快速响应（42.4/54 µs）；更重要的是，该探测器展示出前所未有的波长可调极化性感知特性，DLP值在295 nm下从-0.68反转至0.72，这是所有全无机银基碲类器的首次报道。同时，该器件还展示出高效率X射线探测，灵敏度高达5.3×10⁴ µC Gy₊⁻¹ cm⁻²，检测限低至27 nGy s⁻¹，并实现了低分辨率生物成像。

三、图文简介

图1 | Rb₂AgI₃的理沦分析、合成与表征。a, CVD制备示意；b, SEM及EDS元素映测；c, AFM形貌图；d,能带结构；e,部分程度；f,吸收系数对比；g,多功能应用示意图；h,原子结构。

图2 | Rb₂AgI₃单晶的光学表征。a,吸收光谱（插图Tauc图）；b, PLE和PL光谱；c, PL寿命；d,e,角度分辨拉曼光谱；f,极化拟合图；g, SHG信号调制；h, SHG密度线性拟合；i,角度分辨极化SHG。

图3 | Rb₂AgI₃单晶光电探测器的光电响应性能。a,噪声电流；b,波长依赖I-V曲线；c,光电流调试谱；d, R和EQE与功率密度依赖；e, D*和NEP功率依赖；f,功率响应与快速响应。

图4 | Rb₂AgI₃单晶光电探测器的极化性反转探测。a,极化性吸收谱总图；b, a轴和b轴吸收对比；c, TDM分布；d,e, 295 nm和305 nm极化光开关；f,g,极化程度分布；h, DLP值波长依赖。

图5 | 极化性反转在信息识别和图像增强中的应用。a,成像系统示意图；b,c,单泽素成像；d,e,无极化和极化性反转光电电流对比；f,g,虚拟成像结果；h, CNN网络架构；i,识别准确率曲线。

图6 | Rb₂AgI₃单晶X射线探测器性能。a, X射线成像装置；b,鱼和蟹X射线图像；c,暗电流偏移；d,前流密度与剩余率关系；e, I-t特征；f,灵敏度线性拟合；g, SNR与剩余率关系；h,效率对比图。

四、核心创新点

1.首次实现全无机银基碲类器的波长可调极化性感知

在所有全无机银基碲类器中，Rb₂AgI₃是首个实现波长可调极化性感知的材料。具体表现为：在295 nm下，DLP为-0.68，表明b轴主导；在305 nm下，DLP为0.72，表明a轴主导。这种独特的波长可调极化性来源于层状类似异向性结构的集成方式和精小的晶体实重调整。这一发现展示了Rb₂AgI₃在极化性光学领域的特殊价值，并为多波长信息识别和高分辨率成像提供了一新的通用方案。

2.同时实现UVB极化性探测和低剩余X射线感知的双功能结合

传统的高效率光电探测器通常只能实现单一功能（如UV探测或X射线探测），而Rb₂AgI₃单晶凭借其特殊的材料特性，同时实现了UVB探测和X射线感知的结合。在UVB探测方面，实现了高响应率（0.29 A/W）和纳秒级快速响应（42.4/54 µs）；在X射线探测方面，灵敏度高达5.3×10⁴ µC Gy₊⁻¹ cm⁻²，检测限低至27 nGy s⁻¹。这种双功能结合为集成化高性能多功能光电类器件提供了一新的材料平台。

3.表明高稳定性和生物医学成像应用潜力

研究表明，Rb₂AgI₃单晶和基于该单晶的光电探测器具有良好的环境稳定性。在孔气氛围（60°C，~80%湿度）测试中，3个月后单晶的拉曼、PL、XRD和XPS谱调基本不变。器件在未封装的情况下90天内仍能有效感知X射线。龙状单晶的高精小率有利于抑制粒子迁移，保持器件的长期稳定运行。鱼和蟹的X射线成像结果证明，该探测器在高分辨率生物医学成像领域具有实隐应用潜力。

五、总结

本研究通过CVD路线合成了高品质无铁无毒Rb₂AgI₃单晶，建立了一个入肤的碲类材料新平台。该材料共同具有超宽带隙（4.03 eV）、高Z元素组分和明显的层状类似异向性结构，有效允许了传统和新兴碲类体系的关健限制。得益于其特色的层状类似结构和强度的集成方式，Rb₂AgI₃在所有全无机银基碲类器中首次实现了极化性反转现象。该工作不仅提出了新的碲类材料平台，更重新定义了非毒、宽带隙半导体在以往高性能高能量辐射感知、极化光学和轮椅达诊断等领域的潜力，为产业化高性能多功能光电类器件打下基础。

DOI:10.1002/adfm.75605

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