在自然界中，温度高于绝对零度的任何物体，都会不断地向四周辐射红外谱线。而红外线是一种人眼不可见的光波，利用红外探测器可以测量目标与背景之间的红外辐射差从而获取目标信息。基于二氧化钒（VO₂）测辐射热计的非制冷红外探测技术常应用于军事国防和高端控制领域，但由于其成本高，在民用领域受到了严重制约。薄膜自卷曲是一种与现有芯片制造方法兼容的技术，可以将二维纳米薄膜组装为具有三维几何形状的微/纳管状器件。卷曲技术已成功应用于各种功能材料，并可以调整半导体材料能带结构，增强光与物质相互作用，在纳米膜和基板之间提供热绝缘。

近日，复旦大学材料科学系梅永丰教授课题组在《科学进展》（Science Advances）上发表题为《一步卷曲制造偏振敏感、全向检测的VO₂管状测辐射热计》（“One-step rolling fabrication of VO₂ tubular bolometers with polarization-sensitive and omnidirectional detection”）的研究工作。博士研究生吴斌民为第一作者，梅永丰教授为通讯作者，该工作得到了合作者复旦大学物理系安正华教授在器件性能表征和数据分析方面的大力支持。

研究团队探索发现片上管状纳米薄膜具有优异的热绝缘和陷光效应。基于此，研究团队原创性地提出了一种通过自卷曲技术制备的管状测辐射热计，如图1A所示。利用自卷曲技术将二氧化硅上的应变VO₂薄膜卷起为管状结构（图1B），其中设计的叉指电极可以提供均匀的应力以支撑卷起的VO₂薄膜微管。卷起的VO₂薄膜因具有良好的热绝缘，因此可在偏置电压的驱动下产生金属绝缘相变。如图1C所示，在低电压下，为单斜相的半导体态，而在高压下转变为金红石结构的金属态。该器件长波红外波段展示了~2×10⁸ cm Hz^0.5 W^-1的探测率（图1D），低至2 ms的响应时间和64.6 mK的噪声等效温差。此外，该器件还展示出新 颖的偏振敏感探测（图1E）和广角耦合探测（图1F）。研究团队提出的管状测辐射热计是一种开创性的集成传感设备，提供了探索和设计管状结构器件在红外探测领域应用的新路径。

图1：（A）管状测辐射热计结构和工作原理示意图。（B）基于自卷曲VO₂薄膜制备的测辐射热计。（C）自卷曲VO₂薄膜的电学特性。（D）自卷曲VO₂测辐射热计在红外波段的探测率。管状测辐射热计的偏振敏感探测（E）和全角耦合探测（F）

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委等项目的资助和支持。

       文章信息：Binmin Wu, Ziyu Zhang, Bingxin Chen, Zhi Zheng, Chunyu You, Chang Liu, Xing Li, Jinlong Wang, Yunqi Wang, Enming Song, Jizhai Cui, Zhenghua An, Gaoshan Huang, and Yongfeng Mei*. One-step rolling fabrication of VO2 tubular bolometers with polarization-sensitive and omnidirectional detection. Science Advances 9 (42), eadi7805.

       文章连接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi7805