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成果简介
运动实时跟踪，纳米机器人学和靶向治疗领域引起了极大的关注。为了实现更精确的运动跟踪，需要高度灵敏的位置灵敏检测器（PSD）。本文东南大学物理学院倪振华教授课题组在《Infomat》期刊发表名为Ultrasensitive graphene‐Si position‐sensitive detector for motion tracking的论文，研究演示了基于石墨烯-Si异质结的改进型PSD用于运动跟踪。PSD的位置敏感性通过采用石墨烯的表面工程技术得以改善。
通过调节石墨烯的传输性能，在弱光下灵敏度提高了近20倍，同时，检测极限功率降低至〜2 nW。在改进的PSD的基础上开发了一种运动跟踪系统，并对人体的手臂摆动进行了跟踪，从而展示了PSD的高灵敏度和实时跟踪功能。此外，PSD可以支持高达〜10 kHz的高频跟踪。这项工作为提高PSD的性能提供了新的策略，并促进了新型光电器件中二维材料的开发。
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图文导读
图1、a，被氧等离子体处理的装置的示意图。
b，不同等离子体处理时间下的拉曼光谱。
c，I（D）/ I（G）作为比率I（D'）/ I（G）的函数，并且在低缺陷浓度下拟合I（D）/ I（D'）〜12，表明存在缺陷由sp 3类型主导。
d，I（D）/ I（G）是石墨烯电阻的函数。插图显示石墨烯在SiO 2 / Si 上的电阻随处理时间而变化
图2、A，使用功率为200 nW的750 nm激光，在不同表面电阻（处理时间）下的位置敏感特性。B，不同表面电阻下PSD灵敏度的功率相关性
图3、A-B)等离子体处理之前和之后，PSD中载流子扩散动力学的示意图。由等离子体引入的散射中心减少了到达电极的载流子的数量，但是增加了到达两个相对电极的载流子的差。
C)，每个电极的归一化的输出电压具有不同表面电阻下的位置而变化，与方形当V 1和V中的圆圈2。
D)，V1在5 mm范围内的下降百分比与表面电阻的关系
图4、A，通过PSD进行运动跟踪的示意图。由目标运动引起的光变化由PSD记录。信号由数字分析仪收集，然后在计算机上成像以重建位置，从而实现实时运动跟踪。PSD跟踪的人体手臂摆动的位置B和速度C。D，通过测量V 1，PSD响应时间的距离相关性
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小结
总之，通过利用表面工程技术实现了石墨烯-Si PSD灵敏度的极大提高。氧等离子体和紫外线/臭氧处理均被采用，可以有效地将PSD的灵敏度提高约20倍。同时，PSD的检测极限功率可推至〜2 nW。这些改进归因于通过表面处理将散射中心引入石墨烯，这增加了表面电阻和到达相对电极的载流子数量的差异。改进的PSD成功地用于实时运动跟踪中。这项工作还为其他大面积均匀2D材料提供了一个平台，以实现位置感测和光电应用。
通讯作者简介：
倪振华，博士，教授，博士生导师
课题组主页：http://physics.seu.edu.cn/zhni/
倪振华，东南大学物理学院院长，博士生导师，东南大学青年首席教授。2003年本科毕业于上海交通大学物理系，同时获得了电子科学与技术的第二专业本科学位。2007年于新加坡国立大学物理系获得博士学位。2007-2010年在新加坡南洋理工大学物理系从事博士后研究工作，并于2009年获得英国政府“Researcher exchange programme Award” 前往英国曼彻斯特大学Andre Geim教授（2010年诺贝尔物理学奖得主）研究组做访问学者。2010年加入东南大学物理学院。2011年获教育部新世纪优秀人才支持计划资助。2012年获“江苏省六大人才高峰”支持计划资助。2014年获国家自然科学基金“优秀青年科学基金”资助。2018年入选教育部“长江学者奖励计划”青年学者。2015年受聘为东南大学青年特聘教授。主要研究方向为二维层状材料（石墨烯、二硫化钼、黑磷等）的光学与光电性能，发表SCI论文140余篇，SCI他引9000余次，H-index=43，授权专利13项。中国物理学会光散射专业委员会委员，Scientific Reports以及Frontiers in Condensed Matter Physics编委,青年编委。
研究领域：
1、石墨烯等二维层状材料及其复合体系的光学表征与性能调控
2、二维材料的光电性能及器件，如光探测、发光、光伏器件等
3、纳米材料的光学性质研究，如拉曼、荧光光谱等
文献:
Ultrasensitive graphene‐Si position‐sensitive detector for motion tracking
Wenhui Wang
作者:
Kaiyang Liu ,Jie Jiang ,Ruxia Du ,Litao Sun ,Wei Chen ,Junpeng Lu ,Zhenhua Ni*
2020-3-24【材料分析与应用】
