垂直堆疊的過渡金屬二鹵系-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了一個新型的光電應(yīng)用平臺，顯示出高的光響應(yīng)速度。這些異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的光誘導(dǎo)非平衡載流子和晶格動力學(xué)是應(yīng)用的基礎(chǔ)，但對此我們還沒有深刻的認(rèn)識。特別是，這些光響應(yīng)對扭轉(zhuǎn)角(一個關(guān)鍵的調(diào)諧參數(shù))的依賴性仍然是模糊的。這里，利用超快電子衍射，同時觀察到不同堆積構(gòu)型的MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的電荷轉(zhuǎn)移和電子-聲子耦合。研究發(fā)現(xiàn)，從MoS2到石墨烯的電荷轉(zhuǎn)移時間尺度隨著扭曲角度的變化而變化，扭曲角度越小，轉(zhuǎn)移速度越快，異質(zhì)結(jié)構(gòu)的弛豫時間尺度明顯小于單層結(jié)構(gòu)。這些發(fā)現(xiàn)表明，扭轉(zhuǎn)角構(gòu)成了異質(zhì)雙層膜層間電荷轉(zhuǎn)移的額外調(diào)諧旋鈕，并加深了我們對異質(zhì)結(jié)構(gòu)中基本光物理過程的理解，對未來在光電子學(xué)和光捕獲方面具有重要的意義。
Figure 1.TMD-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的基本光物理過程。(a)兩種不同的電子和晶格系統(tǒng)之間的耦合示意圖。(b)實驗方法示意圖。(c)扭轉(zhuǎn)角為θ的異質(zhì)結(jié)構(gòu)俯視圖。Mo、S和C原子分別呈現(xiàn)為紫色、黃色和綠色的球體。(d)模擬15° MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的衍射圖。
Figure 2. MoS2和石墨烯的超快動力學(xué)。(a) MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的典型UED衍射圖。(b)時間分辨衍射強(qiáng)度變化。(c) MoS2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)角相關(guān)的弛豫時間和振幅，由單指數(shù)衰減函數(shù)擬合。(d)石墨烯在異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的超快響應(yīng)曲線。實線是雙指數(shù)衰減函數(shù)的擬合。陰影部分是誤差條，表示測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
Figure 3．扭轉(zhuǎn)角相關(guān)的超快光響應(yīng)。(a) 扭轉(zhuǎn)角相關(guān)的振幅變化。(b)異質(zhì)結(jié)構(gòu)中MoS2的時間常數(shù)與扭轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系。虛線表示純單分子層MoS2的e-p耦合時間，比HSs的MoS2慢得多。(c)從MoS2到石墨烯的CT時間常數(shù)與扭角的關(guān)系。
該研究工作由SLAC國家加速器實驗室Xijie Wang和斯坦福大學(xué)Aaron M. Lindenberg課題組于2021年發(fā)表在Nano Letters期刊上。原文：Twist-Angle-Dependent Ultrafast Charge Transfer in MoS2?Graphene van der Waals Heterostructures。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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