上海外灘的燈火映照著跨年的人潮，而復旦大學光電實驗室里，一名博士生正專注地捕捉著納米材料界面微弱且復雜的分子振動信號。當她終于獲得期待已久的數據時，立即給導師張榮君發去消息：“老師，我獲得了材料清晰的層間相互作用信號，可以充分支撐我們的推斷，這真是我最特別的跨年禮物！”
近日，復旦大學信息學院教授張榮君團隊在領域知名期刊《激光與光子學評論》（Laser & Photonics Reviews）發表研究成果，他們創新的二維過渡金屬硫化物（TMDs）合金異質結器件，像個“超級眼”，它有兩樣看家本領：一是“眼神”超好，“看得寬”，從紫外線到近紅外線都能看見；二是自己“吃光就能干活”，不用外接電源，僅憑光照即可穩定工作。
張榮君在接受《中國科學報》采訪時表示，這項成果的背后，是團隊長期的堅持。在二維材料研究這個全球熱點領域，張榮君團隊選擇了一條艱難但有價值的路徑——從被動接受材料的固有屬性，邁向主動設計與調控界面行為的新階段。
給光電探測器裝上“超級眼”
2010年，石墨烯作為第一種被成功分離和驗證的二維材料，獲得諾貝爾物理學獎，開啟了二維材料研究的全球熱潮。這類材料以其獨特的原子層狀結構和卓越的光電性質，成為推動未來信息器件革新的寵兒。
但二維材料光電探測器這雙“超級眼”有個致命傷：光變電的瞬間，電荷“產生得快，消失得更快”，就像曇花一現；同時分離效率低，大部分能量都白白浪費了。
“我們當時在文獻調研和實驗中反復確認，不解決這兩個根本問題，‘超級眼’的潛力就永遠無法釋放。”從碩士階段就投身此項研究的論文第一作者博士生丁依凡回憶道。
張榮君指導丁依凡做實驗中（受訪者供圖，下同）
為了解決這一瓶頸問題，科研團隊連著開了幾場組會。“大家都憋著一股勁，想把這兩個問題徹底解決掉。”張榮君回憶道。
光電探測器負責捕捉光信號并轉化為電信號，廣泛用于成像、通信、傳感等領域。但是傳統探測器的“眼神”不太行：有的像需要一直連著“充電寶”的近視眼，離了電就罷工；有的像“色盲”，只能識別少數幾種光；還有的一到晚上就“夜盲”，微弱光線下根本看不清。
“這樣的‘眼睛’肯定滿足不了未來智能設備的需求。”張榮君笑道。
如今，二維材料光電探測是學界和產業界的熱點領域，大家都期待它能突破傳統技術的局限。在這項研究中，團隊打出了“合金工程+能帶工程”的組合拳，創造性地構建了 MoSSe/MoSe2異質結結構，形成內置電場。這個內置電場就像隱形的推手，能高效把光生電子和空穴分開，顯著提升載流子分離效率，相當于同時解決了“電荷跑不動”和“電荷容易丟”兩個難題。
“如果這個技術能落地，應用場景會特別廣。” 張榮君暢想道，“比如給 AI 機器人裝個‘超級眼’，讓它在復雜光照下也能精準識別；在偏遠地區裝無人值守的傳感器，不用換電池也能實時監測環境；甚至在 6G 通信里做安全探測，讓數據傳輸更可靠。往大里說，這能推動光電技術的進步；往小里說，也許未來我們的手機、可穿戴設備，續航會更長、功能會更強 —— 做科研不就是想讓生活變得更好一點嘛！”
目前，團隊已圍繞這項技術開展進一步研究，沿著能帶工程這條核心技術路線，研發出的器件除了“自供電”和“看得寬”，還能“辨偏振”，將多功能集成的愿景變為現實。團隊希望能盡快推動它從實驗室走向實際應用，走向更多人的生活。
從“做出器件”到“做好器件”的科研匠心
“連續半個多月做的器件都不合格，廢棄的硅片堆了滿滿一盒，當時真的想過要不要暫時停下來。”丁依凡回憶起材料制備階段的困境。
那段時間的實驗室格外安靜，只有儀器運行時微弱的嗡鳴聲。她和同學們每天輪流趴在顯微鏡前，手指反復旋轉旋鈕以精確調整樣品位置。長時間聚焦讓眼睛酸脹發紅，指尖也因為持續受力而變得紅腫，可一旦操作中出現絲毫偏差，二維材料就會撕裂或在界面產生氣泡——這些納米尺度的缺陷，足以讓整個器件前功盡棄。所以整個實驗，容不得半點馬虎。
更大的挑戰來自于器件性能的優化。“一些關鍵性能指標始終達不到理想水平。”丁依凡說，“后來通過系統的理論分析與樣品表征，我們發現電極接觸和界面處的微觀污染物是主要癥結。”
在張榮君的引導下，團隊跟這納米尺度的微觀世界較上了勁，他們引入退火工藝并優化電極設計，從每一個細節著手提升器件性能。“這段經歷讓我們深刻理解到，在納米尺度下，任何細微的污染或缺陷都可能對器件產生致命影響。我們也從最初只追求‘做得出’，逐漸成長為懂得‘為何做、如何做好’。”丁依凡說。
在那些攻堅的日子里，團隊的互助從未間斷。師兄會將材料轉移的技巧整理成文檔發在群里，師姐會手把手教丁依凡他們操作空間分辨光電流譜儀。
張榮君時常給學生強調打氣：“實驗室里沒有單打獨斗，解決每個人的困難都是大家的共同目標。”
如今回望，那些與微觀世界較勁的日夜，反而成了大家最珍貴的記憶。“張老師常說，科研不只是為了出成果、發論文，更是要培養能扛事、懂機制的開拓者。”丁依凡微笑著說。
如今，丁依凡自己也成長起來，開始主動幫助師弟師妹解決實驗難題，將曾經點燈熬夜、攻堅克難的團隊火種傳遞到師弟師妹們手中。
長期堅守的科研初心與育人使命
2004年，安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫師生二人用一卷普通膠帶成功分離出石墨烯，這項開拓性突破成果，觸動了許多科研人員的心弦。彼時，正在德國從事洪堡學術研究的張榮君，密切關注著這一材料科學的重要里程碑。
“石墨烯的發現讓我看到了一個全新的研究維度。”他回憶道，“當時我就意識到，二維材料在光電領域蘊藏著巨大潛力，值得投入整個科研生涯去探索。”從那一刻起，將二維材料的光電潛力挖透、挖深，就成了他堅定不移的科研初心。
從最初系統研究二維過渡金屬硫族化合物的光電響應機制，到近年來帶領團隊在異質結能帶調控與界面工程中實現突破，他一步步將基礎認知轉化為具有創新功能的探測器原型。這些研究不僅連續在高水平期刊發表，更在國內外的光電器件方向上形成了特色鮮明的研究路徑。
談及未來，張榮君的規劃很明確：一方面帶領學生繼續拓展二維材料的應用邊界，把探測器的響應波段再拓寬、性能再優化；另一方面推進醫工結合，讓科研成果能真正用到醫療檢測、柔性電子等領域。
張榮君認為，科研選題必須扎根中國大地，光電探測技術不僅是學術熱點，更是產業升級、國家戰略安全的關鍵環節。“國家需要解決‘卡脖子’問題，我們作為復旦的團隊，得扛起這份責任。”
“我最欣慰的不是發表了多少論文，而是看到學生既能深入機理、又能面向實際，成為國家科技創新體系中擔當重任的接班人。”張榮君望著實驗室中同學們忙碌的身影說道，“將經驗傳遞下去，指對方向、指準路——這是我們這一代科研人的使命。”
張榮君團隊部分成員合影
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/lpor.202501936
本文鏈接：復旦團隊新突破：無須充電的“超級眼”誕生！http://www.sq15.cn/show-11-27835-0.html
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