我校郭鹏飞课题组在ACS Nano发表纳米光子学领域最新研究成果

近日，我校物理与光电工程学院郭鹏飞课题组在纳米光子学研究领域取得重要进展，研究成果以“Bandgap Gradient Nanowire Photodetectors for Logic Gates and Encrypted Optical Communication”为题发表在国际顶级学术期刊ACS Nano 2026, 20, 987–997（IF：16.1）。论文第一署名单位为太原理工大学，我校博士研究生徐梓佟为论文第一作者，郭鹏飞副教授为论文唯一通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金项目的资助。

图一. 论文页面截图

半导体纳米材料中的单纳米结构带隙工程在下一代多功能电子器件的构建中起着至关重要的作用。具有特殊梯度能带结构的半导体纳米结构，为实现器件多功能和高安全性领域提供了优异的材料平台。本文基于一维梯度半导体纳米线的高性能光电探测器开展深入研究，并应用于光控逻辑门及加密通信领域。

研究人员利用磁牵引源移动化学气相沉积方法合成带隙梯度递变CdS_1-xSe_x纳米线。SEM图像分析、EDX元素分布及TEM结果证实沿纳米线轴向S元素含量与Se元素依次递变并实现互补，且HR-TEM结果证实梯度纳米线具有很高的结晶质量。在375nm激光激发下，纳米线展现出丰富的色彩变化，即绿色-橙色-红色的连续可调谐颜色变化，相应μ-PL光谱表明沿着纳米线轴向，荧光发射从516nm到665nm实现连续红移。

图二. 带隙梯度递变CdS_1-xSe_x纳米线的光电探测器逻辑门运算

信息技术的快速发展对图像数据传输的安全性和效率提出了更高的要求。具有漏斗形能带结构的一维半导体梯度纳米线能够在材料内形成内建电场来增强电子-空穴分离和载流子输运。基于带隙梯度CdS_1-xSe_x纳米线的光电探测器在可见光区的宽光谱范围内表现出明显的光响应，具有优异的光电性能。如图二所示，利用带隙梯度纳米线光电探测器的宽光谱范围光响应特性，可以精确地执行光控操作的“与”和“或”基本逻辑门，通过调制入射激光开关和功率密度，以实现不同的逻辑状态。最后，设计并构建了单通道和双通道光通信系统，展示了其在光通信安全和加密中的重要应用潜力。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c16443