美国杜克大学的电气工程师团队成功研发出目前速度最快的热释电光电探测器，其响应时间仅为125皮秒。该设备利用光吸收产生的微小热量来探测光线，无需外部电源，可在室温下工作，并能集成到片上系统中。

这项超薄传感器技术能够捕获整个电磁频谱的光线，有望推动新一代多光谱相机的开发，应用于皮肤癌筛查、食品质量监控和精准农业等领域。相关研究成果已发表在《先进功能材料》期刊。

传统光电探测器主要依赖半导体材料，但只能检测可见光等有限波长范围。热释电探测器虽能覆盖更广光谱，却常因需要厚吸收层或强光照而体积大、速度慢。杜克大学电气与计算机工程教授Maiken Mikkelsen表示：“商用热释电探测器响应性较低，导致它们运行缓慢。我们的设计结合了高效吸收器和超薄热释电材料，实现了125皮秒的快速响应，这是一个显著进步。”

该探测器采用超表面结构，由精确排列的银纳米立方体组成，置于距薄金片10纳米的透明层上。光线激发银中电子，通过等离子体激元过程高效捕获光能，仅需极薄热释电层即可产生电信号。团队在2019年首次展示此概念，当时未专门测试速度。

Mikkelsen补充道：“热光电探测器通常被认为较慢，因此我们的发现令学界惊讶。它竟与硅光电探测器的时间尺度相近。”

博士生Eunso Shin近年来优化了设计，将超表面改为圆形以增加受光面积、缩短信号传输距离，并采用更薄热释电层和改进电路。通过自制实验装置测量，探测器速度可达2.8 GHz，即125皮秒内生成电信号。

Shin指出：“热释电光电探测器一般工作在纳秒至微秒级，这比传统速度快数百到数千倍。结果令人鼓舞，我们正继续探索速度极限。”

未来，通过将组件置于更窄间隙，设备可能进一步提速。团队还研究多超表面设计以同时检测多波长和极性。该技术有望用于无人机、卫星等无需外接电源的平台，支持农业监测等应用。

Mikkelsen总结说：“能同时探测多个频率，将为癌症诊断、食品安全和遥感等领域开辟新可能。虽然实际应用尚需时间，但我们正朝此方向努力。”研究获得了美国空军科学研究办公室和戈登与贝蒂·摩尔基金会的资助。

出版详情：作者：Eunso Shin, Rachel E. Bangle, Nathaniel C. Wilson, Stefan B. Nikodemski, Jarrett H. Vella, Maiken H. Mikkelsen；标题：《Record-breaking photodetector captures light in just 125 picoseconds》；发表于：《Advanced Functional Materials》(2025)。