二維材料和異質(zhì)結(jié)在下一代集成光電探測器領(lǐng)域具有非凡的潛力。近年來,在范德華異質(zhì)結(jié)中插入石墨烯(Gra)作為傳輸層已被證明是提高光電探測器響應(yīng)率和響應(yīng)速度的有效方法。然而,石墨烯的插入引起的物理機制(層間耦合和電子轉(zhuǎn)移)如何調(diào)節(jié)其光學性質(zhì)尚不明確。同時,還應(yīng)仔細驗證石墨烯的插入是否會調(diào)制異質(zhì)結(jié)的寬帶光學特性。利用橢圓偏振光譜研究了MoS
2/WSe
2和MoS
2/Gra/WSe
2的寬帶(1.25 ~ 6.50 eV)電子帶結(jié)構(gòu)和激子性質(zhì),同時利用拉曼光譜和PL光譜輔助分析。研究發(fā)現(xiàn)石墨烯的插入不僅促進了WSe
2向MoS
2的自發(fā)電荷轉(zhuǎn)移,而且有效地將電子注入MoS
2層,有利于MoS
2層間電荷分離和凈電荷積累。其次,帶邊緣附近的CP能量穩(wěn)定,表明石墨烯的插入不會改變MoS
2/WSe
2的電子帶結(jié)構(gòu)。此外,由于石墨烯插入引起的有效介電屏蔽增加,激子結(jié)合能隨之紅移,激子躍遷能隨之藍移。
圖1. (a) MoS
2/Gra/WSe
2 vdWHs示意圖,其中層間電子轉(zhuǎn)移方向用紅色箭頭表示。(b) MoS
2/Gra/WSe
2平帶模型示意圖,(c) MoS
2/Gra/WSe
2異質(zhì)結(jié)平衡態(tài)示意圖。
圖2. 室溫下532 nm激光激發(fā)下1L-MoS
2、1L-WSe
2、1L -石墨烯、MoS
2/WSe
2和MoS
2/Gra/WSe
2薄膜的拉曼光譜,(a)光譜范圍為150 cm
-1 ~ 550 cm
-1,(b)光譜范圍為1500 cm
-1 ~ 3000 cm
-1。
圖3. (a) MoS
2/WSe
2和(b) MoS
2/Gra/WSe
2 vdWHs的PL光譜。(c) MoS
2/WSe
2和MoS
2/Gra/WSe
2的PL光譜比較。(d) 1L-MoS
2、1L-WSe
2、MoS
2/WSe
2和MoS
2/Gra/ WSe
2的PL峰位置分布。(e) MoS
2的三激子和A激子強度比和MoS
2/WSe
2和MoS
2/Gra/WSe
2中層間激子的譜權(quán),其中層間激子的譜權(quán)由vdWHs的層間激子強度與總強度之比計算得到。
圖4. (a)通過SCP模型提取的MoS
2/WSe
2和MoS
2/Gra/WSe
2的CP能。(b)通過擴展洛倫茲線形狀提取的MoS
2/WSe
2和MoS
2/Gra/WSe
2 vdWHs的激子躍遷能和(c)激子結(jié)合能,具體擬合參數(shù)見ESM中的表S3和表S4。
相關(guān)研究成果由復(fù)旦大學光科學與工程系、微納光子結(jié)構(gòu)教育部重點實驗室、上海超精密光學制造工程技術(shù)研究中心和復(fù)旦大學光電研究院、上海市智能光電與感知前沿科學研究基地及復(fù)旦大學工程與應(yīng)用技術(shù)研究院Rongjun Zhang等人于2024年發(fā)表在Surfaces and Interfaces (https://doi.org/10.1016/j.surfin.2024.104189 )上。原文:Demystifying the modulation effects of the graphene transport layers on the interlayer charge transfer mechanism and broadband optical properties of MoS
2/graphene/WSe
2 Van der Waals heterojunctions、
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號