光源和檢測器是當今市場上無數技術設備的關鍵組件。例如，發光二極管（LED）通常用作顯示器和其他技術中的光源，而光電二極管則用于檢測傳感器、成像和光纖通信工具中的光。現有的光源和檢測器包括功能明顯不同的兩種不同類型的設備。然而，開發一種既可以產生光又可以檢測光的設備，就可以設計出更小巧、更智能的技術。瑞典林雪平大學，深圳大學和中國其他幾所大學的研究人員最近制造了一種能夠發射和檢測光的高效二極管。高效二極管的研究情況發表在《Nature Electronics》上，是采用固溶鈣鈦礦材料制成的。該研究的主要研究人員Feng Gao說：“如果我們有一個能夠有效發射和檢測光的雙功能設備，我們就可以使用一個設備來完成通常需要兩個常規設備的工作。這不僅可以減少設備成本，而且還可以促進光源和檢測器在光電芯片中的集成。”
在之前進行的一項研究中，Gao和他的同事們發現了鈣鈦礦薄膜中一種被稱為“鈍化效應”的機制，而鈣鈦礦薄膜是用于制造LED的新興材料。然后，他們設計了一種高效的鈍化劑（即一種可以修復半導體缺陷的物質），并用它來將近紅外鈣鈦礦LED的量子效率提高到21％以上。進行這項研究的研究人員之一Chunxiong Bao表示：“基于之前的工作，我們進一步研究了這些設備的光檢測功能，發現它們還顯示出了卓越的光電檢測性能。在最近的研究中，我們集中精力同時提高了鈣鈦礦基二極管的發光和檢測性能，證明了它們作為高效發光和檢測“二合一”設備的可行性。”Gao，Bao及其同事用來制造二極管的鈣鈦礦材料具有幾種獨特的光電性能。除了對于開發高性能LED而言是理想的高光致發光量子效率（PLQE）之外，該材料還具有高吸收系數，可以進行光檢測。該材料還表現出高的載流子遷移率，因此可用于制造各種厚度的薄膜。最后，研究人員觀察到鈣鈦礦的吸收光譜和光致發光光譜之間存在很大的重疊。這意味著該材料還可以吸收其自身發出的光。綜合所有這些特性，可以基于相同的平面結構創建高性能的LED和光電檢測器。
換句話說，這些特性最終使Gao，Bao和他們的同事創造了一個既可以發射光又可以檢測光的設備。他們開發的二極管以超過21％的外部量子效率和亞皮瓦級的光檢測極限實現了發光。在發射和檢測光時，它還可以達到數十兆赫茲的運行速度，在每種功能上都表現的非常出色。此外，當將其用作檢測器時，該設備還對自身發出的光敏感。“對于傳統的溶液處理半導體來說，將其用作高性能雙功能器件非常具有挑戰性，” Bao解釋說。“以有機半導體和膠體量子點為例。有機半導體在吸收光譜和光致發光光譜之間始終表現出非常小的重疊，因此它們對同一材料發出的光表現出一周的吸收，而膠體量子點LED始終基于非常薄的量子點膜由于極低的載流子傳輸特性，因此其光吸收非常弱。”研究人員是最早引入鈣鈦礦基二極管的人之一，該二極管可以同時用作發光和光檢測裝置，在這些功能之間進行切換，同時在這兩種功能中均表現出色。他們開發的設備可以用于制造更小的電子設備，既可以用作光源也可以用作檢測器。Gao，Bao和其同事在論文中概述了該二極管的兩種可能的應用，展示了如何將其用于構建整體式心臟脈沖傳感器以及雙向光通信。
