客户成果丨中山大学《Advanced Materials》：发现首例二维交叉堆叠材料AgTiPS6，开启宽带偏振敏感光电探测新纪元

偏振敏感光电探测器能够捕捉光的偏振信息，在遥感、导航、军事等领域具有重要应用。传统基于几何结构各向异性的材料面临工艺复杂、稳定性差等瓶颈。二维面内各向异性材料（如黑磷）因本征结构低对称性成为研究热点，但其普遍存在带隙限制（可见光响应为主）、环境稳定性差、各向异性比低等难题。如何设计兼具高稳定性、宽谱响应与强各向异性的新型材料，成为该领域的关键挑战。

为开发高稳定性各向异性二维材料，中山大学材料科学与工程学院于鹏教授团队成功制备出一种具有交叉堆叠结构的新型二维面内各向异性半导体材料AgTiPS6，其独特的晶体结构赋予材料高稳定性、宽谱响应（405 nm至10.6 μm）及显著光电各向异性（电导各向异性比5.44，光响应各向异性比2.44），为下一代偏振敏感光电探测器的发展提供了革新性材料基础。相关研究成果以“2D AgTiPS6: A Cross-Stacked In-Plane Anisotropic Semiconductor for Broadband and Polarization-Sensitive Photodetection”的题目发表在《Advanced Materials》上。

研究团队首次实验制备出具有交叉堆叠一维链结构的二维材料AgTiPS6，其单层厚度达1.32 nm（目前最厚二维材料之一），晶体结构由垂直交叉的[TiPS5+]链与褶皱[AgS-]链构成（图1）。这种独特的交叉堆叠模式突破了传统平行或反平行堆叠的局限，带来以下核心优势。1. 强面内各向异性：电导与光响应各向异性比分别达5.44和2.44，超越多数二维材料（如黑磷、二碲化钨等）。2. 宽谱响应能力：带隙1.08 eV，探测器覆盖可见光（405 nm）至中红外（10.6 μm），突破传统材料红外响应不足的限制。3. 超高稳定性：空气中稳定存放超12个月，激光损伤阈值超10 W/cm2，克服黑磷等材料的易氧化缺陷。

图1. AgTiPS6的二维交叉堆叠结构

通过角分辨拉曼光谱和偏振反射显微技术，团队证实AgTiPS6的光学各向异性源自其低对称晶体结构（空间群P21/c）。基于该材料制备的光电晶体管表现出n型半导体特性，电子迁移率4.43×10-3cm2V-1s-1，开关比103。器件在可见光（473 nm）下响应度达9.5 A/W，探测率2.6×1011Jones；中红外波段（10.6 μm）则通过光热电效应实现响应，展示全谱探测潜力（图2）。

图2. AgTiPS6基光电探测器件的基本光电性能表征

AgTiPS6的优异性能为多领域应用奠定基础：偏振敏感成像：高各向异性比可精准解析光偏振信息，适用于复杂环境目标识别；宽谱光电探测：覆盖可见至红外，助力夜视、热成像及光纤通信；耐极端环境器件：高稳定性适用于航空航天、深空探测等严苛场景。AgTiPS6的发现为二维各向异性材料家族增添了全新成员，其交叉堆叠结构为设计高性能光电材料提供了新思路。未来，团队将探索材料集成工艺，推动其在柔性电子、智能传感等领域的实用化。

该工作通过使用TuoTuo Technology的多模态光电显微镜完成了器件的光电性能测试。该研究得到了国家基金委、广东省科技厅等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202416041