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新型铁电可重构同质结微型计算光谱仪实现动态实时感知
2026年01月19日 15:56:39
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：5527
近日，研究人员开发出一种基于铁电可重构WSe₂同质结的微型计算光谱仪。该器件利用铁电极化的非易失特性，实现近零功耗待机监测与事件驱动的快速响应，能在450-950纳米波长范围内动态感知光谱变化。此项技术为小型化、低功耗的实时光谱分析系统提供了新方案。
近日，国际学术期刊《先进材料》(Advanced Materials)发表了一项关于微型计算光谱仪的研究成果。该研究提出了一种基于铁电可重构WSe₂同质结的微型计算光谱平台，为实现小型化、低功耗、实时的动态光谱感知提供了新的器件方案。
光谱监测在化学分析、环境监测等领域不可或缺，但传统高精度光谱仪体积大、功耗高且存在数据处理延迟，难以满足移动场景下的实时监测需求。计算重构型光谱仪通过探测器端编码与算法端重构来减少对复杂光学元件的依赖，是系统小型化的重要方向，其核心在于构建可调的光谱响应函数库。
研究团队通过在二维半导体WSe₂的同质结构中引入精确的铁电调控，构建出一个紧凑且可重构的光谱感知平台。利用铁电裂栅施加互补电压，可在同一二维通道内实现空间可重构的PN/NP同质结。铁电极化的非易失特性使得结区剖面与器件光谱响应能够被重复写入和擦除，从而形成可灵活调用的编码响应函数库。该平台设计了快响应与慢响应分支协同的工作机制，具备非易失、近零功耗的待机监测模式，以及面向动态光谱重构的主动测量模式。
为实现动态实时感知，研究提出了事件驱动的检测策略。在待机模式下，器件凭借预极化的双结结构以近零功耗持续监测光谱变化；一旦检测到变化，系统立即触发并切换至主动模式，通过栅压扫描和编码响应矩阵完成快速光谱重构。实验表明，该系统的响应延迟约为32微秒，光谱灵敏度覆盖450纳米至950纳米，并成功通过监测VO₂薄膜相变过程中的反射光谱变化，验证了其动态光谱检测能力。
该工作将铁电材料的非易失可重构性与事件驱动的智能感知机制相结合，为开发下一代紧凑、低功耗、能实时跟踪光谱变化的计算重构型微型光谱系统提供了新路径，在环境监测、生物传感、工业在线质检等需现场实时分析的领域具有应用潜力。
素材来源：Advanced Materials
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