石墨烯基異質結材料在太赫茲（THz）光電探測及高效傳感等領域展現出巨大應用價值，伴隨材料低維化和器件小型化的進程加快，在微觀尺度上探究異質結的光場響應機理對材料工藝優化及器件性能提升十分重要。然而傳統THz表征方法的空間分辨率有限（通常在百微米量級），且光與異質結構相互作用過程極為復雜，因而實現石墨烯基異質結的THz納米光譜成像及局域介電特性表征面臨顯著挑戰。
近日，重慶綠色智能技術研究院（簡稱“重慶研究院”）王化斌研究員團隊和清華大學熊啟華教授團隊等合作，在ACS Nano發表了題為" Nanoscale Spatially Resolved Terahertz Response of a PbS-Graphene Heterostructure"的研究論文，從納米級空間分辨水平揭示了PbS-石墨烯異質結的THz近場響應機理。
????在本工作中，研究團隊建立了基于THz近場光學顯微鏡的異質結高光譜成像及介電特性表征方法。對采用自下而上方法制備的PbS-石墨烯異質結進行了THz近場光譜成像，結合仿真模擬分析了異質結各層材料介電、厚度以及表面粗糙度對THz近場響應的影響。特別地，通過發展多層有限偶極子模型，實現了納米近場高光譜到THz介電特性的準確反演，成功重構了PbS-石墨烯異質結構的介電常數和電導率圖像。該工作不僅在納米尺度上揭示了異質結構的THz近場響應機理，同時還將THz近場光譜變化與異質結形貌及介電特性有效關聯，為異質結材料及THz器件的納米光子學量化研究提供了技術平臺。
PbS-石墨烯異質結的納米分辨THz響應特性研究示意圖
重慶研究院邱付成助理研究員和馮雙龍研究員為論文第一作者；重慶研究院王化斌研究員和清華大學熊啟華教授為論文通訊作者。此研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院關鍵核心技術攻關項目和重慶市自然科學基金重點項目的資助。