近日，我所姜鵬研究員、包信和院士團隊在新型光熱電探測器開發研究中取得新進展，相關成果發表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。
光熱電探測器是基于光熱轉換和熱電轉換兩個基本能量轉換過程的一種探測器。當光照射在熱電材料的一端時，光能經過光熱轉換首先轉化為熱能，從而在熱電材料兩端建立溫差(ΔT)。在溫差的驅動下，載流子會向冷端擴散(即熱電轉換中的Seebeck效應)，進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、響應波長范圍寬等優點，在光探測、紅外熱成像、溫度監測等軍用、民用領域具有重要的應用前景。
光熱電探測器的響應度正比于材料的Seebeck系數(S)和材料兩端的ΔT。傳統光熱電探測器采用的是Seebeck系數較低(通常小于200μV/K)的傳統熱電材料，例如Bi2Te3、Sb2Te3等，為了提高響應度，通常需采用微加工工藝來構造陣列結構，這顯著增加了制備工藝的復雜性，提高了產品成本。該研究團隊突破傳統熱電材料體系的限制，采用了具有較高室溫Seebeck系數(約1000μV/K)的鈦酸鍶(SrTiO3)，同時借助SrTiO3在長波紅外大氣窗口(8~14μm)的聲子吸收來增強光熱轉換效率。結合這兩個優勢，單個SrTiO3光熱電元件在10μm波長附近的響應度可達1.2V/W。進一步研究表明，SrTiO3光熱電探測器的響應波長可從深紫外延伸至遠紅外，可承受光功率密度可以達到103W/cm2。
該研究為開發新型高性能光熱電探測器提供了全新的思路。另外，相比傳統光熱電探測器，SrTiO3光熱電探測器價格便宜，環境友好，耐高溫，器件性能優異且制備工藝簡單，意味著SrTiO3光熱電探測器具有廣闊的實際應用價值。
