近日，我所姜鵬研究員、包信和院士團(tuán)隊(duì)在新型光熱電探測器開發(fā)研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。

光熱電探測器是基于光熱轉(zhuǎn)換和熱電轉(zhuǎn)換兩個基本能量轉(zhuǎn)換過程的一種探測器。當(dāng)光照射在熱電材料的一端時，光能經(jīng)過光熱轉(zhuǎn)換首先轉(zhuǎn)化為熱能，從而在熱電材料兩端建立溫差(ΔT)。在溫差的驅(qū)動下，載流子會向冷端擴(kuò)散(即熱電轉(zhuǎn)換中的Seebeck效應(yīng))，進(jìn)而在材料兩端建立電勢差。光熱電探測器具有自供電、非制冷、響應(yīng)波長范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，在光探測、紅外熱成像、溫度監(jiān)測等軍用、民用領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

光熱電探測器的響應(yīng)度正比于材料的Seebeck系數(shù)(S)和材料兩端的ΔT。傳統(tǒng)光熱電探測器采用的是Seebeck系數(shù)較低(通常小于200μV/K)的傳統(tǒng)熱電材料，例如Bi2Te3、Sb2Te3等，為了提高響應(yīng)度，通常需采用微加工工藝來構(gòu)造陣列結(jié)構(gòu)，這顯著增加了制備工藝的復(fù)雜性，提高了產(chǎn)品成本。該研究團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)熱電材料體系的限制，采用了具有較高室溫Seebeck系數(shù)(約1000μV/K)的鈦酸鍶(SrTiO3)，同時借助SrTiO3在長波紅外大氣窗口(8~14μm)的聲子吸收來增強(qiáng)光熱轉(zhuǎn)換效率。結(jié)合這兩個優(yōu)勢，單個SrTiO3光熱電元件在10μm波長附近的響應(yīng)度可達(dá)1.2V/W。進(jìn)一步研究表明，SrTiO3光熱電探測器的響應(yīng)波長可從深紫外延伸至遠(yuǎn)紅外，可承受光功率密度可以達(dá)到103W/cm2。

該研究為開發(fā)新型高性能光熱電探測器提供了全新的思路。另外，相比傳統(tǒng)光熱電探測器，SrTiO3光熱電探測器價格便宜，環(huán)境友好，耐高溫，器件性能優(yōu)異且制備工藝簡單，意味著SrTiO3光熱電探測器具有廣闊的實(shí)際應(yīng)用價值。