Gii:一种纯净、多孔的三维碳纳米结构
一种名为"Gii"的可持续碳纳米材料有望改变宽带光电探测器，因为它能吸收从紫外到红外的全光谱光线。
宽带光电探测器是一种小型而功能强大的光电器件，将电磁波转化为电信号。与传统光电探测器受限于较窄波长范围不同，宽带光电探测器可检测从紫外（UV）到红外（IR）的宽光谱，涵盖可见光谱范围。
宽带光电探测器因其能检测电磁频谱中多个波长的特性，在众多领域发挥着关键作用。在电信领域，它们通过将携带海量数据的光信号转换为电信号进行处理和传输，成为光纤网络的核心组件。在医学成像中，这类探测器支持光学相干断层扫描（OCT）和红外成像等先进技术，提供高精度组织图像以提升诊断准确性。其多用途性也使其在环境监测、光谱学和科学研究等需要宽波长检测的领域具有重要价值。
西苏格兰大学的团队最近首次测试了这种名为"Gii"的革命性新材料。
Gii由总部位于苏格兰的iGii公司开发，是一种可持续的碳纳米材料，无需采矿或高能耗（二者均为环境有害工艺）即可实现工业化规模生产。此前该材料已在自供电传感器、能量收集装置和能源催化等多个领域进行过测试。
Gii具备诸多优异特性——包括出色的光吸收性和导电性，这些特性可在宽光谱范围内提升光电探测器的响应率和外部量子效率（EQE），因此西苏格兰大学的团队尝试将其应用于宽带光电探测器。
一、概念验证研究
本研究是Gii在宽带光电探测器领域的首次概念验证。团队通过分析标准Gii（ST-Gii）和低电阻Gii（LR-Gii）的光学与结构特性评估其适用性。
采用拉曼光谱技术（通过测量光与分子振动的相互作用进行散射分析），在柔性Kapton基板上测试了Gii样品。使用不同波长激光（455纳米、532纳米、663纳米和780纳米）在1-8毫瓦功率条件下，评估了该材料的光响应特性。
二、全光谱吸收能力
研究发现，Gii具有从紫外（UV：380纳米）到红外（IR：750纳米）的全光谱吸收能力，这种特性源于材料本身，无需通过表面光敏材料处理实现。
全光谱捕获能力使宽带光电探测器在多个领域展现独特优势：在电信领域能够同时检测不同的光信号，提升数据传输容量和效率；在医学成像中实现多光谱/高光谱成像技术，提供更详细且准确的诊断；在环境监测中可识别不同波长吸收特征的各类污染物和气体；在科研研究和光谱学领域，宽波长检测对于分析呈现复杂光谱特征的材料与现象至关重要，从而实现更全面、精确的测量结果。
采用单一材料实现全光谱检测，使Gii相比需要多材料组件的传统方案更具优势，在降低成本、提升可靠性及设备小型化方面具有显著潜力。
Gii用扫描电子显微镜拍摄的图像
三、光开关特性验证
Gii具有光开关特性。该特性使材料可根据使用的光波长产生差异化电荷量，在光通信、光信号处理和数据中心领域具有应用前景。
Gii同时展现的高表面积体积比，使其通过量子材料调控可增强对紫外/红外波段的敏感性。该特性不仅适用于宽带光电探测器，在储能器件和量子传感材料（如量子点）载体平台方面也具开发潜力。
四、挑战
将Gii的光开关特性应用于实际的关键挑战之一，是理解并控制其振动（声子）与电学特性（电子）的相互作用方式。尽管拉曼散射为这种相互作用提供了证据，但使用传统光传感器（如光电二极管）进行测量仍然困难，因为这些传感器内部的缺陷（称为陷阱）会导致电子在完全捕获其行为前就损失能量。团队目前正在进行更多实验，通过在不同光照条件下测试Gii并分析这些陷阱，探索克服该限制的方法。最终目标是将基于拉曼的先进研究成果转化为便携式芯片，并为实际应用铺平道路。
五、应用与时间线
这项技术的实际应用范围非常广泛，在光电子学领域内，还有很大的空间去探索更多关于Gii的“概念验证”。团队正在探索将Gii与量子点结合以拓宽光子检测范围，并为开发用于远程医疗应用的电子织物奠定基础。
（天津津航技术物理研究所陈彤）
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