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我校物理與材料學(xué)院學(xué)科團(tuán)隊(duì)在光探測(cè)材料領(lǐng)域取得系列突破性進(jìn)展

作者：時(shí)間：2025-08-23

本網(wǎng)訊（物理與材料學(xué)院）近日，我校物理與材料學(xué)院光電探測(cè)江西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室傳來(lái)喜訊。王立教授與王啟勝教授聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)的光探測(cè)材料研究團(tuán)隊(duì)，在南昌大學(xué)材料科學(xué)與工程一流學(xué)科特區(qū)的支持下，在光探測(cè)材料與器件領(lǐng)域取得系列原創(chuàng)性突破，多項(xiàng)成果發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊，并成功向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)。

近年來(lái)，超越人眼工作范圍的中長(zhǎng)波紅外探測(cè)材料與器件在無(wú)人機(jī)、自動(dòng)駕駛、氣象遙感、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)安全等國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。然而，我國(guó)高性能紅外探測(cè)材料與器件核心技術(shù)受制于歐、美、日等國(guó)，且主流技術(shù)（如碲鎘汞、銦銻、二類超晶格等材料）普遍依賴復(fù)雜的低溫制冷系統(tǒng)。瞄準(zhǔn)這一國(guó)家重大需求和產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn)，我校光探測(cè)材料研究團(tuán)隊(duì)從產(chǎn)業(yè)鏈中凝練核心科學(xué)問(wèn)題，持續(xù)攻關(guān)四年，取得系列突破性進(jìn)展，為解決我國(guó)高性能紅外探測(cè)器長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的“卡脖子”難題，以及突破傳統(tǒng)紅外探測(cè)技術(shù)面臨的低溫制冷瓶頸（導(dǎo)致設(shè)備笨重、成本高昂），提供了極具前景的創(chuàng)新路徑。

該團(tuán)隊(duì)成功研制出世界首款可在室溫下工作的英寸級(jí)中波紅外探測(cè)半導(dǎo)體硒化鉛（PbSe）單晶薄膜，并實(shí)現(xiàn)了128×128微納像素陣列的高精度可控制備。這一基礎(chǔ)材料的重大突破，為后續(xù)器件開發(fā)奠定了關(guān)鍵基石。在此項(xiàng)技術(shù)基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將腦視覺原理與光電探測(cè)物理深度融合，開發(fā)出基于硒化鉛的寬波段類腦神經(jīng)形態(tài)視覺傳感器，有望在信息處理和能效方面帶來(lái)革命性提升。此外，團(tuán)隊(duì)還巧妙地將人工智能（AI）算法與硒化鉛材料獨(dú)特的光熱電探測(cè)機(jī)制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新的單像素超寬波段紅外加密技術(shù)，展示了其在信息安全領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。以上研究成果先后在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊ACS Applied Materials & Interface、Small、Optics Express上發(fā)表。

近期，光探測(cè)材料研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次提出一種室溫工作紅外光電探測(cè)新機(jī)制——“空間限域增強(qiáng)的光熱載流子效應(yīng)”?；诖藱C(jī)制，團(tuán)隊(duì)成功研制出室溫工作的32×32硒化鉛中波紅外焦平面陣列原型器件。該器件最大的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需制冷、靈敏度高、功耗極低，為開發(fā)輕量化、低成本、高性能的紅外成像系統(tǒng)開辟了全新途徑，相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)綜合性期刊《自然-通訊》（Nature Communications （2025）16:7756）。

物理與材料學(xué)院光探測(cè)材料研究團(tuán)隊(duì)不僅致力于前沿基礎(chǔ)探索，更積極推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化，現(xiàn)已授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利11項(xiàng)，并成功開發(fā)出一款室溫工作的硒化鉛中波紅外單點(diǎn)探測(cè)器產(chǎn)品，其核心的靈敏度指標(biāo)已達(dá)到世界先進(jìn)水平。該產(chǎn)品已在軍工單位、科研院所及民營(yíng)企業(yè)中獲得應(yīng)用驗(yàn)證和推廣，并成功簽約4項(xiàng)企業(yè)橫向合作項(xiàng)目。

光探測(cè)材料研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人表示，團(tuán)隊(duì)未來(lái)將繼續(xù)堅(jiān)持“以產(chǎn)業(yè)應(yīng)用為導(dǎo)向”的研究思路，深入挖掘光電探測(cè)材料背后的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，研發(fā)重點(diǎn)將瞄準(zhǔn)低空經(jīng)濟(jì)、自動(dòng)駕駛、環(huán)境精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)、智能醫(yī)療診斷等國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和民生領(lǐng)域，致力于開發(fā)新一代高性能、低成本的光電成像材料與核心器件技術(shù)，為科技強(qiáng)國(guó)建設(shè)貢獻(xiàn)更多“南大力量”。

以上系列創(chuàng)新性研究工作均以南昌大學(xué)為第一完成和通訊單位，王立教授、王啟勝教授為共同通訊作者，博士研究生萬(wàn)予、青年教師成者副教授與冷康敏副教授為論文共同第一作者。上述研究得到了包括國(guó)家海外引進(jìn)高層次人才項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、江西省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、光電探測(cè)江西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、南昌大學(xué)材料與工程世界一流建設(shè)學(xué)科等在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家級(jí)、省部級(jí)重要科研平臺(tái)和項(xiàng)目的大力支持。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-62548-6

https://doi.org/10.1364/OE.563795

https://doi.org/10.1002/smll.202309945

https://doi.org/10.1002/smll.202408545

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c01807

審校：邱曉怡、許航、涂金鳳