1月17日，红外科学与技术全国重点实验室胡伟达、苗金水等在国际上首次提出一种全新的“激子极化激元光电探测效应”。该工作在非平衡态下引入自杂化激子极化激元作为主导输运准粒子，重塑了光电二极管中光生载流子的产生与输运机制，突破了传统器件热平衡激子扩散的物理瓶颈，为发展高效、快速光电探测提供了新思路。相关成果以“Exciton-polariton photodiodes”为题发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。
激子半导体具有强光吸收能力，在光电探测与能量转换领域应用前景广阔。然而，传统激子光电器件的性能受制于一个根本问题：光生激子仅能通过随机扩散到达界面实现电荷分离。由于激子扩散长度有限且散射过程显著，器件的量子效率、响应速度与吸收带宽之间始终难以同时兼顾。这一输运受限问题已成为制约激子光电二极管发展的关键挑战。
针对上述瓶颈，该研究首次将非平衡态光-物质强耦合直接引入光电输运过程，构建了一种无需外加光学腔的自杂化激子极化激元光电器件。在该体系中，激子极化激元不再仅作为光学激发态，而是直接参与并主导光电输运，得益于极化激元兼具激子的强吸收能力与光子的轻有效质量，实现了吸收、输运与响应速度的协同提升。实验结果表明，在室温下即可实现稳定的强耦合状态，器件吸收带宽显著展宽，量子效率沿极化激元色散演化，并在零失谐条件下接近单位值；同时，非平衡态极化激元主导的长程输运有效抑制散射与复合，使器件响应速度明显优于传统激子光电二极管。
该研究首次系统揭示了激子极化激元在光电探测中作为输运准粒子所产生的全新光电效应，表明光-物质强耦合可在非平衡条件下重塑光电转换与输运动力学过程。这一成果标志着激子光电器件研究从以材料与界面为核心的优化策略，迈向以准粒子调控为核心的全新物理范式，为非平衡态光电子学及新型极化激元光电探测器的发展奠定了物理基础。
红外科学与技术全国重点实验室胡伟达研究员、苗金水研究员为通讯作者，博士研究生赵齐笑为第一作者。研究工作得到了中国科学院B类先导专项、国家自然科学基金、国家重点研发计划及中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划的支持。
供稿：苗金水
编辑：虞慧娴
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