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超强激光科学卓越创新简报

(第二百八十五期)

2022年6月28日

上海光机所在石墨烯-WSe2异质结的界面电荷转移研究方面取得进展

　　近期，上海光机所强场激光物理国家重点实验室在石墨烯-WSe2异质结的界面电荷转移研究方面取得进展，相关成果以“Tunable ultrafast electron transfer in WSe2-graphene heterostructure enabled by atomically stacking order”为题发表于Nanoscale上。

　　原子层厚度范德华异质结中界面光电转换机理是基于其光电器件应用的关键。然而，其界面热载流子转移的物理图像及其界面电荷转移的效率的调控方式仍存在争议。研究人员采用变波长泵浦的瞬态太赫兹探测光谱技术，系统研究了蓝宝石衬底上不同堆叠顺序的石墨烯-WSe2异质结的超快载流子的动力学特性。研究发现，石墨烯-WSe2界面的电荷转移过程存在两种机制：光子能量低于A激子激发时，光热电子发射机制占主导；光子能量高于A激子激发时，由直接电荷转移机制占主导。蓝宝石衬底诱导的有效电场可以调控Gr/WSe2/sapphire异质结的肖特基势垒由p型转变为n型，因此更有利于石墨烯中的光热电子在界面处越过肖特基势垒转移到WSe2中。在光子能量低于A激子激发时，Gr/WSe2/sapphire异质结的电荷转移效率高于WSe2/Gr/sapphire异质结的界面电荷转移效率。

　　这项工作可为进一步优化基于石墨烯-WSe2异质结的光电器件特别是光探测器件方面的应用提供重要的研究基础。

　　相关工作得到了国家自然科学基金委重大研究计划、面上项目与青年项目的支持。

　　原文链接

图1 石墨烯-WSe2异质结中非平衡态的热载流子动力学的研究。(a) - (b)WSe2/Gr异质结和Gr/WSe2异质结的时间分辨太赫兹光谱的示意图。(c) - (d)对于低于A激子激发时，WSe2/Gr异质结和Gr/WSe2异质结的电荷转移过程的示意图。(e) - (f)高于A激子激发时的，WSe2/Gr异质结和Gr/WSe2异质结的电荷转移过程的示意图。

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