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近日，復旦大學信息學院教授張榮君團隊在《激光與光子學評論》發表的最新研究成果顯示，他們研制的二維過渡金屬硫化物（TMDs）合金異質結器件，像“超級眼”，有兩樣看家本領：一是“眼神”超好，“看得寬”，從紫外線到近紅外線都能看見；二是“吃光就能干活”，不用外接電源，僅憑光照即可穩定工作。

這項成果的背后，是張榮君團隊長期的堅持。在二維材料研究這個全球熱點領域，張榮君團隊選擇了一條艱難但有價值的路徑——從被動接受材料的固有屬性，邁向主動設計與調控界面行為的新階段。

給光電探測器裝上“超級眼”

2004年，石墨烯作為第一種被成功分離和驗證的二維材料，由英國曼徹斯特大學安德烈·海姆與康斯坦丁·諾沃肖洛夫通過機械剝離法首次獲得。兩位科學家因此獲得2010年諾貝爾物理學獎，掀起了二維材料研究的全球熱潮。

但二維材料光電探測器這一“超級眼”有個致命傷：光變電的瞬間，電荷“產生得快，消失得更快”，就像曇花一現；同時分離效率低，大部分能量都白白浪費了。

“我們當時在文獻調研和實驗中反復確認，不解決這兩個根本問題，‘超級眼’的潛力就永遠無法釋放。”從碩士階段就投身此項研究的論文第一作者、復旦大學博士生丁依凡回憶道。

為此，科研團隊連著開了幾場組會。“大家都憋著一股勁，想把這兩個問題徹底解決掉。”張榮君說。

光電探測器負責捕捉光信號并轉化為電信號，廣泛用于成像、通信、傳感等領域。但是，傳統探測器的“眼神”不太行：有的像需要一直連著“充電寶”的近視眼，離了電就罷工；有的像“色盲”，只能識別少數幾種光；還有的得了“夜盲”，一到晚上在微弱光線下根本看不清。

“這樣的‘眼睛’肯定滿足不了未來智能設備的需求。”張榮君笑道。

如今，二維材料光電探測是學界和產業界的熱點領域，大家都期待它能突破傳統技術的局限。在這項研究中，團隊打出了“合金工程+能帶工程”的組合拳，構建了MoSSe/MoSe2異質結結構，形成內置電場。這個內置電場就像隱形的推手，能高效地把光生電子和空穴分開，顯著提升載流子分離效率，相當于同時解決了“電荷跑不動”和“電荷容易丟”兩個難題。

“如果這個技術能落地，應用場景會特別多。”張榮君暢想道，比如給人工智能（AI）機器人裝個“超級眼”，它在復雜光照下也能精準識別；在偏遠地區裝無人值守的傳感器，不用換電池也能實時監測環境；在6G通信里做安全探測，讓數據傳輸更可靠。

目前，團隊已圍繞這項技術進一步開展研究。他們沿著能帶工程這條核心技術路線，研發出的器件除了“自供電”和“看得寬”，還能“辨偏振”，將多功能集成的愿景變為現實。團隊希望盡快推動它從實驗室走向實際應用，走進更多人的生活。

從“做得出”到“做得好”

“連續半個多月做的器件都不合格，廢棄的硅片堆了滿滿一盒，當時真的想過要不要暫時停下來。”丁依凡回憶起材料制備階段的困境時說。

那段時間實驗室格外安靜，只有儀器運行時微弱的嗡鳴聲。她和同學們每天輪流趴在顯微鏡前，手指反復旋轉旋鈕以精確調整樣品位置。長時間的聚焦讓眼睛酸脹發紅，指尖也因為持續受力而變得紅腫。可一旦操作中出現絲毫偏差，二維材料就會撕裂或在界面產生氣泡——這些納米尺度的缺陷，足以讓整個器件前功盡棄。整個實驗，容不得半點馬虎。

更大的挑戰來自器件性能的優化。“一些關鍵性能指標始終達不到理想水平。”丁依凡說，“后來通過系統的理論分析與樣品表征，我們發現電極接觸和界面處的微觀污染物是主要癥結。”

在張榮君的指導下，團隊引入退火工藝并優化電極設計，從每一個細節著手提升器件性能。“這段經歷讓我們深刻理解，在納米尺度下，任何細微的污染或缺陷都可能對器件產生致命影響。我們也從最初只追求‘做得出’，逐漸懂得為何做、如何做得好。”丁依凡說。

在攻堅的日子里，團隊成員間的互助從未間斷。師兄會將材料轉移的技巧整理成文檔發在群里，師姐會手把手教丁依凡他們操作空間分辨光電流譜儀。張榮君時常給學生們打氣：“實驗室里沒有單打獨斗，解決每個人的困難是大家的共同目標。”

如今回望，那些與微觀世界較勁的日夜，成了大家最珍貴的記憶。“張老師常說，科研不只是為了出成果、發論文，更是要培養能扛事、懂機制的開拓者。”丁依凡笑道。

“指對方向、指準路”

2004年，正在德國從事洪堡學術研究的張榮君，密切關注著石墨烯材料科學的重要里程碑。

“石墨烯的發現讓我看到了一個全新的研究維度。”他回憶道，“當時我就意識到，二維材料在光電領域蘊藏著巨大潛力，值得投入整個科研生涯去探索。”從那一刻起，將二維材料的光電潛力挖透、挖深，就成了他堅定不移的科研初心。

從最初系統研究二維過渡金屬硫族化合物的光電響應機制，到近年來帶領團隊在異質結能帶調控與界面工程中實現突破，他一步步將基礎認知轉化為具有創新功能的探測器原型。

談及未來，張榮君的規劃很明確：一方面帶領學生繼續拓展二維材料的應用邊界，把探測器的響應波段再拓寬、性能再優化；另一方面推進醫工結合，讓科研成果真正用于醫療檢測、柔性電子等領域。

張榮君認為，光電探測技術不僅是學術熱點，更是產業升級、國家戰略安全的關鍵環節。“我最欣慰的不是發表了多少論文，而是看到學生既能深入機理又能面向實際，成為國家科技創新體系中擔當重任的接班人。將經驗傳遞下去，指對方向、指準路——這是我們這一代科研人的使命。”

相關論文信息：

https://doi.org/10.1002/lpor.202501936