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微波谐振器示意图。一旦光脉冲（红色）接触到红外材料，微波信号的大小就会发生改变。
具有小尺寸材料表征能力的新测量技术，对于加速二维、微观和纳米材料的研发有重要作用。随着电子和光学设备尺寸的不断缩小，精确测量小尺寸材料的半导体特性有助于研究人员确定材料在未来的应用范围。
eurekalert.org网站4月9日报道，美国德州大学奥斯丁分校科克雷尔工程学院（UTA Cockrell School of Engineering）电子与计算机工程系副教授Daniel Wasserman带领的团队构建了一种新型的物理系统，可达到极高的测试灵敏度水平。相关研究成果发布于《自然通讯》杂志中。
Wasserman等的设计方案侧重于开发对材料质量提供定量反馈的能力。演示实验证实，该方法能够用于测量多种材料。研究人员表示，这类材料将在下一代光电设备中占据重要地位。光电子学中的光电探测器，可以利用光产生的电信号。光电探测器广泛存在于智能手机摄像头、太阳能电池和光纤通信网络中。在光电材料中，电子维持“光激发”的时长（即能产生电信号的时长）是光电检测应用中的可靠参数。
目前用于测量光激发电子的载流子动力学或寿命的方法不仅成本较高、操作复杂，还只能测量材料的大尺寸样品，精度有限。Wasserman等决定尝试使用一种新的方法来量化这些参数。他们将小尺寸样品放入专门设计的微波谐振器中，样品在谐振器腔内受到微波场的作用。当样品受到光照时，微波电路信号就会发生改变，研究人员可以直接在标准示波器上读出电路的变化。微波信号的衰减代表了样品中光激发载流子的寿命。Wasserman说：“通过测量电子（微波）信号的衰减，让我们能够以更高的精度测量材料的载流子寿命。我们的方法比现有方法更加简单有效，成本更低。”
载流子的寿命是重要的材料性能参数，它不仅能使研究人员对材料的整体光学性能有所了解，还决定了材料在光电设备中的应用性。例如，具有长载流子寿命的材料可能光学质量很好，但过于灵敏，可能不适用于高速设备。Wasserman说：“尽管载流子寿命很重要，但针对其的非接触式表征方法却不多。近年来，红外材料和二维材料的大规模普及使新表征技术的需求愈发迫切。”
在分子传感、热成像和安全系统中，红外探测是其至关重要的组成部分。因此，Wasserman认为，更好地了解红外材料可以促进夜视镜、红外光谱、传感系统和通信系统的创新。
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：alone
责编：唐林芳
期刊来源：《自然通讯》
期刊编号：2041-1723
原文链接：https://www.eurekalert.org/multimedia/pub/197941.php
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