■本报实习生 杨雨辰 记者 李晨阳
上海外滩的灯火映照着跨年的人潮，复旦大学光电实验室里，一名博士生正专注地捕捉着纳米材料界面微弱且复杂的分子振动信号。当终于获得期待已久的数据时，她立即给导师张荣君发消息：“老师，我获得了材料清晰的层间相互作用信号，可以充分支撑我们的推断，这真是我最特别的跨年礼物！”
近日，复旦大学信息学院教授张荣君团队在《激光与光子学评论》发表的最新研究成果显示，他们研制的二维过渡金属硫化物（TMDs）合金异质结器件，像“超级眼”，有两样看家本领：一是“眼神”超好，“看得宽”，从紫外线到近红外线都能看见；二是“吃光就能干活”，不用外接电源，仅凭光照即可稳定工作。
这项成果的背后，是张荣君团队长期的坚持。在二维材料研究这个全球热点领域，张荣君团队选择了一条艰难但有价值的路径——从被动接受材料的固有属性，迈向主动设计与调控界面行为的新阶段。
给光电探测器装上“超级眼”
2004年，石墨烯作为第一种被成功分离和验证的二维材料，由英国曼彻斯特大学安德烈·海姆与康斯坦丁·诺沃肖洛夫通过机械剥离法首次获得。两位科学家因此获得2010年诺贝尔物理学奖，掀起了二维材料研究的全球热潮。
但二维材料光电探测器这一“超级眼”有个致命伤：光变电的瞬间，电荷“产生得快，消失得更快”，就像昙花一现；同时分离效率低，大部分能量都白白浪费了。
“我们当时在文献调研和实验中反复确认，不解决这两个根本问题，‘超级眼’的潜力就永远无法释放。”从硕士阶段就投身此项研究的论文第一作者、复旦大学博士生丁依凡回忆道。
为此，科研团队连着开了几场组会。“大家都憋着一股劲，想把这两个问题彻底解决掉。”张荣君说。
光电探测器负责捕捉光信号并转化为电信号，广泛用于成像、通信、传感等领域。但是，传统探测器的“眼神”不太行：有的像需要一直连着“充电宝”的近视眼，离了电就罢工；有的像“色盲”，只能识别少数几种光；还有的得了“夜盲”，一到晚上在微弱光线下根本看不清。
“这样的‘眼睛’肯定满足不了未来智能设备的需求。”张荣君笑道。
如今，二维材料光电探测是学界和产业界的热点领域，大家都期待它能突破传统技术的局限。在这项研究中，团队打出了“合金工程+能带工程”的组合拳，构建了MoSSe/MoSe2异质结结构，形成内置电场。这个内置电场就像隐形的推手，能高效地把光生电子和空穴分开，显著提升载流子分离效率，相当于同时解决了“电荷跑不动”和“电荷容易丢”两个难题。
“如果这个技术能落地，应用场景会特别多。”张荣君畅想道，比如给人工智能（AI）机器人装个“超级眼”，它在复杂光照下也能精准识别；在偏远地区装无人值守的传感器，不用换电池也能实时监测环境；在6G通信里做安全探测，让数据传输更可靠。
目前，团队已围绕这项技术进一步开展研究。他们沿着能带工程这条核心技术路线，研发出的器件除了“自供电”和“看得宽”，还能“辨偏振”，将多功能集成的愿景变为现实。团队希望尽快推动它从实验室走向实际应用，走进更多人的生活。
从“做得出”到“做得好”
“连续半个多月做的器件都不合格，废弃的硅片堆了满满一盒，当时真的想过要不要暂时停下来。”丁依凡回忆起材料制备阶段的困境时说。
那段时间实验室格外安静，只有仪器运行时微弱的嗡鸣声。她和同学们每天轮流趴在显微镜前，手指反复旋转旋钮以精确调整样品位置。长时间的聚焦让眼睛酸胀发红，指尖也因为持续受力而变得红肿。可一旦操作中出现丝毫偏差，二维材料就会撕裂或在界面产生气泡——这些纳米尺度的缺陷，足以让整个器件前功尽弃。整个实验，容不得半点马虎。
更大的挑战来自器件性能的优化。“一些关键性能指标始终达不到理想水平。”丁依凡说，“后来通过系统的理论分析与样品表征，我们发现电极接触和界面处的微观污染物是主要症结。”
在张荣君的指导下，团队引入退火工艺并优化电极设计，从每一个细节着手提升器件性能。“这段经历让我们深刻理解，在纳米尺度下，任何细微的污染或缺陷都可能对器件产生致命影响。我们也从最初只追求‘做得出’，逐渐懂得为何做、如何做得好。”丁依凡说。
在攻坚的日子里，团队成员间的互助从未间断。师兄会将材料转移的技巧整理成文档发在群里，师姐会手把手教丁依凡他们操作空间分辨光电流谱仪。张荣君时常给学生们打气：“实验室里没有单打独斗，解决每个人的困难是大家的共同目标。”
如今回望，那些与微观世界较劲的日夜，成了大家最珍贵的记忆。“张老师常说，科研不只是为了出成果、发论文，更是要培养能扛事、懂机制的开拓者。”丁依凡笑道。
“指对方向、指准路”
2004年，正在德国从事洪堡学术研究的张荣君，密切关注着石墨烯材料科学的重要里程碑。
“石墨烯的发现让我看到了一个全新的研究维度。”他回忆道，“当时我就意识到，二维材料在光电领域蕴藏着巨大潜力，值得投入整个科研生涯去探索。”从那一刻起，将二维材料的光电潜力挖透、挖深，就成了他坚定不移的科研初心。
从最初系统研究二维过渡金属硫族化合物的光电响应机制，到近年来带领团队在异质结能带调控与界面工程中实现突破，他一步步将基础认知转化为具有创新功能的探测器原型。
谈及未来，张荣君的规划很明确：一方面带领学生继续拓展二维材料的应用边界，把探测器的响应波段再拓宽、性能再优化；另一方面推进医工结合，让科研成果真正用于医疗检测、柔性电子等领域。
张荣君认为，光电探测技术不仅是学术热点，更是产业升级、国家战略安全的关键环节。“我最欣慰的不是发表了多少论文，而是看到学生既能深入机理又能面向实际，成为国家科技创新体系中担当重任的接班人。将经验传递下去，指对方向、指准路——这是我们这一代科研人的使命。”
相关论文信息：
https://doi.org/10.1002/lpor.202501936
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