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近期，上海光機(jī)所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗室在石墨烯-WSe₂異質(zhì)結(jié)的界面電荷轉(zhuǎn)移研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“Tunable ultrafast electron transfer in WSe₂-graphene heterostructure enabled by atomically stacking order”為題發(fā)表于Nanoscale上。

　　原子層厚度范德華異質(zhì)結(jié)中界面光電轉(zhuǎn)換機(jī)理是基于其光電器件應(yīng)用的關(guān)鍵。然而，其界面熱載流子轉(zhuǎn)移的物理圖像及其界面電荷轉(zhuǎn)移的效率的調(diào)控方式仍存在爭議。研究人員采用變波長泵浦的瞬態(tài)太赫茲探測光譜技術(shù)，系統(tǒng)研究了藍(lán)寶石襯底上不同堆疊順序的石墨烯-WSe₂異質(zhì)結(jié)的超快載流子的動力學(xué)特性。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯-WSe₂界面的電荷轉(zhuǎn)移過程存在兩種機(jī)制：光子能量低于A激子激發(fā)時，光熱電子發(fā)射機(jī)制占主導(dǎo)；光子能量高于A激子激發(fā)時，由直接電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制占主導(dǎo)。藍(lán)寶石襯底誘導(dǎo)的有效電場可以調(diào)控Gr/WSe₂/sapphire異質(zhì)結(jié)的肖特基勢壘由p型轉(zhuǎn)變?yōu)閚型，因此更有利于石墨烯中的光熱電子在界面處越過肖特基勢壘轉(zhuǎn)移到WSe₂中。在光子能量低于A激子激發(fā)時，Gr/WSe₂/sapphire異質(zhì)結(jié)的電荷轉(zhuǎn)移效率高于WSe₂/Gr/sapphire異質(zhì)結(jié)的界面電荷轉(zhuǎn)移效率。

　　這項工作可為進(jìn)一步優(yōu)化基于石墨烯-WSe₂異質(zhì)結(jié)的光電器件特別是光探測器件方面的應(yīng)用提供重要的研究基礎(chǔ)。

　　相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金委重大研究計劃、面上項目與青年項目的支持。

　　原文鏈接

圖1 石墨烯-WSe₂異質(zhì)結(jié)中非平衡態(tài)的熱載流子動力學(xué)的研究。(a) - (b)WSe₂/Gr異質(zhì)結(jié)和Gr/WSe₂異質(zhì)結(jié)的時間分辨太赫茲光譜的示意圖。(c) - (d)對于低于A激子激發(fā)時，WSe₂/Gr異質(zhì)結(jié)和Gr/WSe₂異質(zhì)結(jié)的電荷轉(zhuǎn)移過程的示意圖。(e) - (f)高于A激子激發(fā)時的，WSe₂/Gr異質(zhì)結(jié)和Gr/WSe₂異質(zhì)結(jié)的電荷轉(zhuǎn)移過程的示意圖。