近日，我院郭鹏飞课题组在纳米光子学研究领域取得重要进展。相关研究成果以“Bandgap Gradient Nanowire Photodetectors for Logic Gates and Encrypted Optical Communication”为题，发表于国际顶级学术期刊ACS Nano 2026, 20, 987–997（影响因子：16.1）。该论文第一署名单位为太原理工大学，我校博士研究生徐梓佟为第一作者，郭鹏飞副教授为唯一通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金项目的资助。

图一 论文页面截图

半导体纳米材料中单纳米结构的带隙工程，对下一代多功能电子器件的构建具有重要意义。具有特殊梯度能带结构的半导体纳米结构，为实现器件多功能化与高安全性提供了优异的材料平台。该研究基于一维梯度半导体纳米线的高性能光电探测器开展深入探索，并将其应用于光控逻辑门与加密通信领域。

研究团队采用磁牵引源移动化学气相沉积方法合成带隙梯度递变CdS1-xSex纳米线。SEM图像分析、EDX元素分布及TEM结果证实沿纳米线轴向S元素含量与Se元素依次递变并实现互补，且HR-TEM结果证实梯度纳米线具有很高的结晶质量。在375nm激光激发下，纳米线展现出丰富的色彩变化，即绿色-橙色-红色的连续可调谐颜色变化，相应μ-PL光谱表明沿着纳米线轴向，荧光发射从516nm到665 nm实现连续红移。

图二 基于带隙梯度递变CdS1-xSex纳米线的光电探测器逻辑门运算

信息技术的快速发展对图像数据传输的安全性与效率提出了更高要求。具有漏斗形能带结构的一维半导体梯度纳米线可在材料内部形成内建电场，从而增强电子-空穴分离与载流子输运能力。基于带隙梯度CdS1−x1−xSexx纳米线的光电探测器在可见光区的宽光谱范围内表现出显著的光响应，具备优异的光电性能。如图二所示，利用该探测器宽光谱光响应的特性，可精确执行光控“与”逻辑门和“或”逻辑门等基本逻辑运算，通过调控入射激光的开关状态与功率密度实现不同逻辑状态。在此基础上，研究团队设计并构建了单通道与双通道光通信系统，展示了该类器件在光通信安全与加密领域的重要应用潜力。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c16443