近年来，中国科学院重庆绿色智能技术研究院量子信息技术中心石轩副研究员与南华大学赵洪泉教授在二维材料与量子调控领域取得多项创新成果，相关研究成果分别发表于《Research》《ACS Applied Materials & Interfaces》《Advanced Optical Materials》等国际权威期刊，团队通过创新掺杂技术和异质结设计，成功提升了二维材料的光响应性能，为下一代光电器件与量子技术奠定了坚实基础。

团队长期致力于固态量子系统的相干调控研究，在二维材料制备与器件集成方面成果显著。团队通过理论与实验结合，创新性地提出了基于过渡金属硫族化合物（如 WS₂、GeSe）的异质结设计方案。例如，在 Er 掺杂 WS₂材料中，团队发现高浓度掺杂可有效抑制钨空位形成，显著提升材料的光吸收效率与载流子迁移率，为高性能光探测器的开发奠定了材料基础，相关成果发表于《Research》。此外，团队还在GeSe场效应晶体管中实现了宽带光响应，其响应速度与灵敏度达到国际先进水平（ACS Applied Materials & Interfaces, 2019）。

图1  高浓度掺杂的WS2(Er)二维材料、GeSe场效应晶体管及GeSe/WS2(Er)薄膜范德华异质结器件

团队聚焦二维狄拉克半导体材料的光电子学研究，在异质结界面调控与器件性能优化方面取得突破。团队设计的 WS₂(Yb)/Te混合维范德华异质结，通过界面能带工程实现了高效的光电转换，相关成果发表于《Advanced Optical Materials》（2024）。此外，团队还通过稀土元素掺杂策略，成功调控了WS₂/WSe₂异质结的电子结构与发光特性，其器件在近红外波段的响应度提升数倍（Materials Today Chemistry, 2024）。这些成果为光通信、光计算等领域提供了关键技术支撑。

图2  基于高浓度稀土掺杂WS₂二维材料的各类异质结器件

团队长期注重产学研合作，其研发的高性能光电探测器与量子调控技术已与多家企业展开合作。例如，团队开发的基于Er³⁺/Yb³⁺共掺杂WS₂的超灵敏光电探测器，在弱光探测领域展现出优异性能，有望应用于生物医学成像与环境监测。此外，团队参与的重庆市自然科学基金项目“量子体系荧光共振能量转移的研究与应用”，正探索量子技术在生物传感与医疗诊断中的创新应用。

图3  基于Er³⁺/Yb³⁺共掺杂WS₂的超灵敏光电探测器

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b11132

https://spj.science.org/doi/10.34133/2022/9840970

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202102413

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c08027

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202302229

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202302095

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202401724

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0169433224000011?via%3Dihub

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2468519424001836?via%3Dihub