【会员论文】AFM | 东北师范大学徐海阳教授、刘为振教授：液态金属打印编织球形自驱动Ga₂O₃超构阵列，赋能全景日盲偏振罗盘

        由东北师范大学徐海阳教授、刘为振教授等人的研究团队在学术期刊Advanced Functional Materials发表了一篇名为Liquid-Metal-Printed Ga₂O₃ Weaves a Spherical Self-Driven Meta-Array With Panoramic Solar-Blind Polarization Compass Function (液态金属打印编织具备全景日盲偏振罗盘功能的球形自驱动Ga₂O₃超构阵列) 的文章。

        《Advanced Functional Materials》（影响因子：19.9）涵盖广泛领域，具有重要的学术影响力。该刊广泛涉及工程技术及材料科学等多个领域，每周发布材料科学领域的最新研究成果，包括纳米技术、化学、物理学以及生物学等多个子领域。凭借其高效的同行评审制度、优质的内容以及广泛的影响力， 《Advanced Functional Materials》涉及材料科学及工程技术等领域，是国际材料科学领域的重要期刊，被国际权威自然指数评选为顶级期刊之一。

        超宽带隙氧化镓 (Ga₂O₃) 作为一种日盲敏感半导体，由于其高击穿电场、低的功率损耗等独特性能，被认为是有希望开发具有高紫外-可见抑制比的日盲器件的候选材料。从实际应用的长远角度来看，对光源的强度敏感性仅仅是光响应的前提条件，而精确的定位和监控才是实现先进实验与工业应用的真正保障。

        液态金属氧化工艺为上述迫切需求提供了最佳解决方案。液态镓的表面可以自动转化为原子厚度的氧化膜 (GaOₓ)，可以利用作为金属源制备二维β-Ga₂O₃薄膜。然而，传统的液态金属打印技术严重依赖于手动挤压或旋转涂层操作，生产的氧化膜面临薄膜材料尺寸有限、晶格质量差、衬底兼容性不理想等诸多限制。

        该项工作中，作者团队优化了液态金属打印策略，并建立了一个适用于各种平面和曲面衬底的制造平台。合成的高质量2D β-Ga₂O₃单晶薄膜兼具8英寸晶圆级尺寸和3.7 nm的超薄厚度。由于良好的晶体质量，β-Ga₂O₃探测器具有高的紫外可见抑制比 (≥10⁵)、高各向异性比 (≥4) 和宽线性动态范围 (130 dB)。材料尺寸和器件性能均达到当前国际领先水平。

        基于β-Ga₂O₃载流子跃迁选择定则，团队提出了交叉打印二维β-Ga₂O₃同质结的概念，用于自驱动偏振探测，并同时实现了响应度 (33.3 A/W) 和响应速度 (1.7 µs和5.9 µs) 的协同优化。在此基础上，受地-日系统中非对称天光极化特性启发，团队设计并构建了一种基于β-Ga₂O₃同质结的球形自驱动超构阵列，可实现对日盲光源的720°全空间监测。

        ①改进液态金属打印策略，建立晶圆级二维β-Ga₂O₃制备平台，完美适配多种平面、曲面衬底；

        ②交叉打印β-Ga₂O₃同质结探测器，实现响应度、响应速度、动态范围等性能的多边优化；

        ③创制球形自驱动超构阵列，可实现对日盲光源的720°全空间监测。

        该工作开发了灵活的液态金属打印平台，解决了将氧化物电子元件集成到曲面上的关键挑战，并进一步构建了高性能的日盲偏光探测器。集成应用中，基于交叉打印二维β-Ga₂O₃同质结的偏振探测器展示了自驱动模式下对未知线偏振辐射的识别能力。受天光偏振分布模式的启发，团队首次制造出球形超构阵列罗盘，实现了对日盲光源入射方向的可靠识别。这种改进的合成策略和新颖的探测架构为构建性能良好、功能全面的Ga₂O₃基光电子器件提供了材料支撑和技术参考。

        本研究得到国家重点研发计划2023YFB3610200、基金委面上项目62574038/62275045、吉林省科技厅项目SKL202602014JC、中央高校基本科研经费2412026QD009的支持。