MoS2光电探测器中的随机共振

随机共振（SR）是一种非凡的现象，与噪声是令人讨厌的传统观点相反，它显示了噪声在信息处理中的建设性作用。在SR中，当噪声强度达到某个有限且适当的水平时，嵌入在嘈杂环境中的传感系统可以检测到微弱的时变信号。SR的概念首先是在地球冰河时代的周期性复发的背景下提出的，随后被相关学者接受并应用于感觉神经生物学中，以解释一些动物成功进化的行为诱因。现在在很多物理系统中都可以观察到SR，包括双稳态环形激光器，光学外差，电子顺磁共振，超导量子干涉装置（SQUID）和隧道二极管等，但SR的强度在固态传感器应用较少。

       近日，美国宾夕法尼亚大学材料科学与工程学院的Akhil Dodda团队利用SR原理设计出基于单层MoS2的光电探测器，以超高的能量利用率来检测出远距离发光二极管（LED）的超低强度和其他一些传统方法难以检测的光信号。该团队证明，通过添加有限和最佳量的高斯白噪声，可以检测亚阈值LED照明（噪声可以在弱周期信号的源中，也可以通过片上噪声发生器从外部添加）。此外，他们还表明，可以利用SR的概念来扩展最先进的商用光电探测器（例如Si光电二极管）的检测极限。最后，我们表明MoS2光电探测器（几纳焦耳）和硅光电二极管（几微焦耳）可以在极低的能量消耗下实现亚阈值信号检测，这体现了SR的能量优势。虽然该团队的SR展示主要涉及光电探测器，但SR的概念本质上是通用的，可以扩展到任何传感器。基于SR的传感器可以通过利用噪声在亚阈值信号检测中的建设性作用来标记与传统方法的范式转变。相关研究成果发表在《Nature Communications》上。（钟雨豪）

文章链接：Dodda, A. et al. Stochastic resonance in MoS2 photodetector. Nat Commun 11, 4406 (2020).
       https://doi.org/10.1038/s41467-020-18195-0.