我們通過(guò)使用時(shí)間和角度分辨光發(fā)射光譜(tr-ARPES)，來(lái)研究由單層WS
2和石墨烯構(gòu)成的外延異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的超快電荷轉(zhuǎn)移。這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)合了以下優(yōu)勢(shì)：直隙半導(dǎo)體的強(qiáng)自旋軌道耦合，以及高遷移率和長(zhǎng)自旋轉(zhuǎn)壽命的無(wú)質(zhì)量半金屬載體的強(qiáng)光-物質(zhì)相互作用。我們發(fā)現(xiàn)，在對(duì)WS
2中的A激子進(jìn)行共振光激發(fā)后，光激發(fā)的空穴迅速轉(zhuǎn)移到石墨烯層中，而光激發(fā)的電子保留在WS2層中。由此產(chǎn)生的電荷分離瞬態(tài)生存期約為1 ps。根據(jù)高分辨率ARPES，我們將該發(fā)現(xiàn)歸因于是WS
2和石墨烯帶的相對(duì)排列散射相空間差異所導(dǎo)致。結(jié)合自旋選擇性光學(xué)激發(fā)，研究的WS
2/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)可能為高效光學(xué)自旋注入石墨烯提供一個(gè)平臺(tái)。
Fig. 1. WS
2/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的平衡帶結(jié)構(gòu)和光載流子動(dòng)力學(xué)。
Fig. 2. 光激發(fā)后的瞬時(shí)帶移。
Fig. 3. 能量和動(dòng)量分辨的載流子動(dòng)力學(xué)。
Fig. 4. 石墨烯層的瞬態(tài)空穴密度。
Fig. 5. 從tr-ARPES數(shù)據(jù)推導(dǎo)出超快電荷的轉(zhuǎn)移示意圖。
相關(guān)研究成果于2020年由馬克斯·普朗克物質(zhì)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)研究所Isabella Gierz課題組，發(fā)表在Science Advances(DOI: 10.1126/sciadv.aay0761)上。原文：Direct evidence for efficient ultrafast charge separation in epitaxial WS
2/graphene heterostructures。
摘自《石墨烯雜志》公眾號(hào)：
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