石墨烯基异质结材料在太赫兹（THz）光电探测及高效传感等领域展现出巨大应用价值，伴随材料低维化和器件小型化的进程加快，在微观尺度上探究异质结的光场响应机理对材料工艺优化及器件性能提升十分重要。然而传统THz表征方法的空间分辨率有限（通常在百微米量级），且光与异质结构相互作用过程极为复杂，因而实现石墨烯基异质结的THz纳米光谱成像及局域介电特性表征面临显著挑战。
近日，重庆绿色智能技术研究院（简称“重庆研究院”）王化斌研究员团队和清华大学熊启华教授团队等合作，在ACS Nano发表了题为" Nanoscale Spatially Resolved Terahertz Response of a PbS-Graphene Heterostructure"的研究论文，从纳米级空间分辨水平揭示了PbS-石墨烯异质结的THz近场响应机理。
在本工作中，研究团队建立了基于THz近场光学显微镜的异质结高光谱成像及介电特性表征方法。对采用自下而上方法制备的PbS-石墨烯异质结进行了THz近场光谱成像，结合仿真模拟分析了异质结各层材料介电、厚度以及表面粗糙度对THz近场响应的影响。特别地，通过发展多层有限偶极子模型，实现了纳米近场高光谱到THz介电特性的准确反演，成功重构了PbS-石墨烯异质结构的介电常数和电导率图像。该工作不仅在纳米尺度上揭示了异质结构的THz近场响应机理，同时还将THz近场光谱变化与异质结形貌及介电特性有效关联，为异质结材料及THz器件的纳米光子学量化研究提供了技术平台。
PbS-石墨烯异质结的纳米分辨THz响应特性研究示意图
重庆研究院邱付成助理研究员和冯双龙研究员为论文第一作者；重庆研究院王化斌研究员和清华大学熊启华教授为论文通讯作者。此研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院关键核心技术攻关项目和重庆市自然科学基金重点项目的资助。