斯坦福大学的材料工程师们近期发表的两篇论文，首次提出了一种利用研究较为深入的半导体材料来改进红外发光二极管和传感器的极具前景的方法。这项研究有望带来更小巧、更轻薄、更经济的红外技术，应用于环境、医疗和工业领域。资深作者、斯坦福大学工程学院材料科学与工程系助理教授库纳尔·穆克吉(Kunal Mukherjee)这样评价这项工作的重要性：“我们教会了老狗新把戏。我们使用的所谓IV-VI族材料——硒化铅和硒化锡铅——已经有超过一百年的历史了。它们是历史上记载的最古老的半导体之一。我们找到了一种方法，将它们与现代技术相结合，制造出一种新型红外二极管，并以重要的方式控制红外光。”

这种新型二极管发射波长较长(4,000-5,000 纳米)的红外光，非常适合用于检测空气中的气体(例如天空中的温室气体)或医疗环境(例如二氧化碳检测仪)。这种新方法带来的意外好处是，由此产生的集成器件具有“缺陷容错性”。也就是说，即使制造精度并非绝对精确，这些材料也能正常工作。这种灵活性有望显著降低新器件的成本。

这两篇论文共同代表了五年来的艰苦研究，研究采用了一种称为分子束外延的技术，这种技术可以逐个原子、逐层地构建复杂的晶体。论文合著者、穆克吉实验室的前研究生贾罗德·迈耶解释说：“我们花了那么多年才弄明白如何正确地生长这些材料，一层一层地生长原子。这意味着要让像分子束外延这样的特殊设备一直运转下去——包括因为停电而在凌晨两点冲到实验室。”第一项研究发表在《先进光学材料》期刊上，描述了一种集成技术和制造流程，用于将这些古老的半导体材料与其他主流晶体(例如砷化镓)结合起来，从而创建一个简单高效的红外平台。研究人员发现，尽管每平方厘米存在数十亿个缺陷(称为位错)，但这些二极管的亮度仍然出奇地高。

第二篇论文发表在《纳米快报》杂志上，描述了一种通过微小但精确的温度调节，使材料在两种有序的晶体结构之间发生变化，从而实现对红外光的调制和控制。穆克吉强调：“在保持与砷化镓结合的同时，实现两种有序态之间的转变，这才是真正的难点，也是这项研究的亮点所在。”穆克吉预测，这些器件可用于环境监测、需要精确红外传感器的工业和医疗过程，以及用于非侵入式温度测量的新型设备。“红外线在LED领域一直以来都被忽视了，因为我们看不见这种光，但它的贡献可能非常重要。我们希望这些进展能够开启红外线技术发展的新时代。”

出版详情：作者：Jarod E. Meyer等人，标题：《基于晶格失配混合 IV-VI/III-V 异质结的中红外 LED》，发表于：《先进光学材料》(2026)。

作者：Pooja D. Reddy等人，标题：《具有外延控制和双折射对比度的 IV-VI 族薄膜的可逆多晶型转变》，发表于：《纳米快报》(2025)。

期刊信息：先进光学材料，纳米快报