Biz WS2 monolayerindən və qrafendən ibarət epitaksial heterostrukturda ultrasürətli yük ötürülməsini araşdırmaq üçün zaman və bucaq həlli ilə fotoemissiya spektroskopiyasından (tr-ARPES) istifadə edirik. Bu heterostruktur, güclü spin-orbit birləşməsinə və güclü işıq maddəsi qarşılıqlı təsirinə malik birbaşa boşluqlu yarımkeçiricinin üstünlüklərini son dərəcə yüksək hərəkətliliyə və uzun spin ömrünə malik kütləsiz daşıyıcılara sahib olan yarımmetalın üstünlükləri ilə birləşdirir. Biz aşkar etdik ki, WS2-də A-eksitonla rezonansda fotooyanmadan sonra, fotooyanmış dəliklər sürətlə qrafen təbəqəsinə keçir, fotooyanmış elektronlar isə WS2 təbəqəsində qalır. Nəticədə yaranan yüklə ayrılmış keçid vəziyyətinin ömrünün təxminən 1 ps olduğu aşkar edilmişdir. Biz tapıntılarımızı yüksək qətnaməli ARPES tərəfindən aşkar edilən WS2 və qrafen zolaqlarının nisbi düzülüşündən qaynaqlanan səpələnmə fazası fəzasındakı fərqlərlə əlaqələndiririk. Spin-selektiv optik oyanma ilə birlikdə araşdırılan WS2/qrafen heterostrukturu qrafenə səmərəli optik spin yeridilməsi üçün platforma təmin edə bilər.
Bir çox müxtəlif ikiölçülü materialların mövcudluğu, xüsusi dielektrik ekranlaşdırma və müxtəlif yaxınlıq effektlərinə əsaslanan tamamilə yeni funksionallıqlara malik yeni, son dərəcə nazik heterostrukturlar yaratmaq imkanı yaratmışdır (1-3). Elektronika və optoelektronika sahəsində gələcək tətbiqlər üçün prinsipial sübut cihazları həyata keçirilmişdir (4-6).
Burada biz güclü spin-orbit birləşməsinə və pozulmuş inversiya simmetriyası səbəbindən zolaq strukturunun əhəmiyyətli dərəcədə spin parçalanmasına malik düz boşluqlu yarımkeçirici WS2 monolayerindən və hidrogenlə bitən SiC(0001) üzərində yetişdirilən konik zolaq strukturuna və son dərəcə yüksək daşıyıcı hərəkətliliyinə malik yarımmetal olan monolayer qrafendən (8) ibarət epitaksial van der Waals heterostrukturlarına diqqət yetiririk. Ultrasürətli yük ötürülməsi (9-15) və yaxınlıqla induksiya edilmiş spin-orbit birləşmə effektləri (16-18) üçün ilk əlamətlər WS2/qrafen və oxşar heterostrukturları gələcək optoelektronik (19) və optospintronik (20) tətbiqləri üçün perspektivli namizədlər edir.
Biz WS2/qrafendə fotogenerasiya olunmuş elektron-dəlik cütlərinin relaksasiya yollarını zaman və bucaqla həll olunan fotoemissiya spektroskopiyası (tr-ARPES) ilə aşkar etməyə çalışdıq. Bu məqsədlə, WS2-də A-eksitonuna rezonans verən 2 eV nasos impulsları ilə heterostrukturu həyəcanlandırırıq (21, 12) və 26 eV foton enerjisində ikinci zamanla gecikmiş zond impulsu ilə fotoelektronları buraxırıq. İmpuls, enerji və zamanla həll olunan daşıyıcı dinamikasına çıxış əldə etmək üçün yarımkürəvi analizatorla fotoelektronların kinetik enerjisini və emissiya bucağını nasos-zond gecikməsinin funksiyası kimi təyin edirik. Enerji və zamanla həllolma müvafiq olaraq 240 meV və 200 fs-dir.
Nəticələrimiz epitaksial olaraq düzülmüş təbəqələr arasında ultrasürətli yük ötürülməsinə dair birbaşa dəlillər təqdim edir və təbəqələrin ixtiyari azimutal düzülüşü ilə oxşar əl ilə yığılmış heterostrukturlarda (9-15) tam optik üsullara əsaslanan ilk əlamətləri təsdiqləyir. Bundan əlavə, biz göstəririk ki, bu yük ötürülməsi olduqca asimmetrikdir. Ölçmələrimiz əvvəllər müşahidə olunmamış, fotohəyəcanlanmış elektronlar və deşiklər müvafiq olaraq WS2 və qrafen təbəqəsində yerləşən və ~1 ps müddətində yaşayan yüklə ayrılmış keçid vəziyyətini ortaya qoyur. Tapıntılarımızı yüksək qətnaməli ARPES tərəfindən aşkar edilən WS2 və qrafen zolaqlarının nisbi düzülüşündən qaynaqlanan elektron və deşik ötürülməsi üçün səpələnmə fazası fəzasındakı fərqlər baxımından şərh edirik. Spin və vadi selektiv optik həyəcanlandırma ilə birləşdirilmiş (22-25) WS2/qrafen heterostrukturları qrafenə səmərəli ultrasürətli optik spin yeridilməsi üçün yeni bir platforma təmin edə bilər.
Şəkil 1A, epitaksial WS2/qrafen heterostrukturunun ΓK istiqaməti boyunca zolaq strukturunun helium lampası ilə əldə edilmiş yüksək dəqiqlikli ARPES ölçməsini göstərir. Dirak konusunun tarazlıq kimyəvi potensialından təxminən 0,3 eV yuxarıda yerləşən Dirak nöqtəsi ilə dəlikli aşqarlanmış olduğu aşkar edilmişdir. Spin-bölünən WS2 valentlik zolağının yuxarı hissəsinin tarazlıq kimyəvi potensialından təxminən 1,2 eV aşağıda olduğu aşkar edilmişdir.
(A) Qütbləşməmiş helium lampası ilə ΓK istiqaməti boyunca ölçülən tarazlıq fotocərəyanı. (B) 26 eV foton enerjisində p-polyarlaşdırılmış ekstremal ultrabənövşəyi impulslarla ölçülən mənfi nasos-zond gecikməsi üçün fotocərəyan. Şəkil 2-də keçid pik mövqelərini çıxarmaq üçün istifadə edilən xətt profillərinin mövqeyini kəsikli boz və qırmızı xətlər göstərir. (C) 2 mJ/sm2 nasos axını ilə 2 eV nasos foton enerjisində fotoqıcıqlanmadan sonra 200 fs fotocərəyanının nasos tərəfindən induksiya edilmiş dəyişiklikləri. Fotoelektronların qazancı və itkisi müvafiq olaraq qırmızı və mavi rənglərlə göstərilmişdir. Qutular Şəkil 3-də göstərilən nasos-zond izləri üçün inteqrasiya sahəsini göstərir.
Şəkil 1B, nasos impulsunun gəlməsindən əvvəl mənfi nasos zondu gecikməsində 26 eV foton enerjisində 100 fs ekstremal ultrabənövşəyi impulslarla ölçülən WS2 və qrafen K-nöqtələrinə yaxın zolaq strukturunun tr-ARPES anlıq görüntüsünü göstərir. Burada spin parçalanması nümunənin parçalanması və spektral xüsusiyyətlərin fəza yükünün genişlənməsinə səbəb olan 2 eV nasos impulsunun olması səbəbindən həll olunmur. Şəkil 1C, nasos zondu siqnalının maksimuma çatdığı 200 fs nasos zondu gecikməsində Şəkil 1B-yə nisbətən fotocərəyanın nasos tərəfindən induksiya edilmiş dəyişikliklərini göstərir. Qırmızı və mavi rənglər müvafiq olaraq fotoelektronların qazancını və itkisini göstərir.
Bu zəngin dinamikanı daha ətraflı təhlil etmək üçün əvvəlcə Şəkil 1B-də Əlavə Materiallarda ətraflı izah edildiyi kimi, WS2 valentlik zolağının və qrafen π-zolağının kəsik xətlər boyunca keçici pik mövqelərini təyin edirik. Biz WS2 valentlik zolağının 90 meV yuxarı, qrafen π-zolağının isə 50 meV aşağı yerləşdiyini aşkar etdik (Şəkil 2B). Bu yer dəyişmələrinin eksponensial ömrünün WS2-nin valentlik zolağı üçün 1,2 ± 0,1 ps və qrafen π-zolağı üçün 1,7 ± 0,3 ps olduğu aşkar edilmişdir. Bu pik yer dəyişmələri, əlavə müsbət (mənfi) yükün elektron vəziyyətlərinin bağlanma enerjisini artırdığı (azaltdığı) iki təbəqənin keçici yüklənməsinin ilk sübutunu təqdim edir. Qeyd edək ki, WS2 valentlik zolağının yuxarı yer dəyişməsi Şəkil 1C-də qara qutu ilə işarələnmiş ərazidə görünən nasos-zond siqnalından məsuldur.
WS2 valentlik zolağının (A) və qrafen π-zolağının (B) pik mövqeyindəki dəyişiklik, nasos-zond gecikməsinin və eksponensial uyğunlaşmaların (qalın xətlər) funksiyası kimi. (A)-da WS2 sürüşməsinin ömrü 1,2 ± 0,1 ps-dir. (B)-də qrafen sürüşməsinin ömrü 1,7 ± 0,3 ps-dir.
Daha sonra, Şəkil 1C-də rəngli qutularla göstərilən sahələr üzərində nasos-zond siqnalını inteqrasiya edirik və nəticədə alınan sayları Şəkil 3-də nasos-zond gecikməsinin funksiyası kimi qrafik şəklində göstəririk. Şəkil 3-də 1-ci əyri, məlumatlara eksponensial uyğunluqdan əldə edilən 1,1 ± 0,1 ps ömür müddəti ilə WS2 təbəqəsinin keçiricilik zolağının dibinə yaxın fotohəyəcanlanmış daşıyıcıların dinamikasını göstərir (Əlavə Materiallara baxın).
Şəkil 1C-də qutularla göstərilən sahə üzərində fotocərəyanı inteqrasiya etməklə əldə edilən gecikmə funksiyası kimi nasos-zond izləri. Qalın xətlər məlumatlara eksponensial uyğunluqlardır. Əyri (1) WS2-nin keçiricilik zolağında keçici daşıyıcı populyasiya. Əyri (2) Tarazlıq kimyəvi potensialının üstündəki qrafenin π-zolağının nasos-zond siqnalı. Əyri (3) Tarazlıq kimyəvi potensialının altındakı qrafenin π-zolağının nasos-zond siqnalı. Əyri (4) WS2-nin valentlik zolağında xalis nasos-zond siqnalı. Ömür müddətlərinin (1)-də 1,2 ± 0,1 ps, (2)-də 180 ± 20 fs (qazanc) və ~2 ps (itki) və (3)-də 1,8 ± 0,2 ps olduğu aşkar edilmişdir.
Şəkil 3-ün 2 və 3 əyrilərində qrafen π-zolağının nasos-zond siqnalını göstəririk. Tarazlıq kimyəvi potensialından yuxarı elektronların qazancının (Şəkil 3-də əyri 2) tarazlıq kimyəvi potensialından aşağı elektronların itirilməsi ilə müqayisədə daha qısa ömrünün (180 ± 20 fs) olduğunu (əyri 3-də Şəkil 3-də 1,8 ± 0,2 ps) olduğunu müəyyən etdik. Bundan əlavə, Şəkil 3-ün 2 əyrisində fotocərəyanın ilkin qazancının t = 400 fs-də ~2 ps ömrü ilə itkiyə çevrildiyi aşkar edilmişdir. Qazanc və itki arasındakı asimmetriyanın örtülməmiş monolaylı qrafenin nasos-zond siqnalında olmadığı aşkar edilmişdir (Əlavə Materiallardakı S5-ci Şəkilə baxın), bu da asimmetriyanın WS2/qrafen heterostrukturunda təbəqələrarası birləşmənin nəticəsi olduğunu göstərir. Tarazlıq kimyəvi potensialından yuxarı və aşağı qısamüddətli qazanc və uzunmüddətli itkinin müşahidəsi, heterostrukturun fotoqıcıqlanması zamanı elektronların qrafen təbəqəsindən effektiv şəkildə çıxarıldığını göstərir. Nəticədə, qrafen təbəqəsi müsbət yüklənir ki, bu da Şəkil 2B-də tapılan π-zolaqının bağlanma enerjisinin artması ilə uyğun gəlir. π-zolaqının aşağı sürüşməsi tarazlıq Fermi-Dirak paylanmasının yüksək enerjili quyruğunu tarazlıq kimyəvi potensialının yuxarısından çıxarır ki, bu da Şəkil 3-ün 2-ci əyrisində nasos-zond siqnalının işarəsinin dəyişməsini qismən izah edir. Aşağıda bu effektin π-zolaqda elektronların keçici itkisi ilə daha da gücləndiyini göstərəcəyik.
Bu ssenari Şəkil 3-ün 4-cü əyrisindəki WS2 valentlik zolağının xalis nasos-zond siqnalı ilə dəstəklənir. Bu məlumatlar Şəkil 1B-də verilən qara qutunun sahəsi üzərində sayları inteqrasiya etməklə əldə edilmişdir ki, bu da bütün nasos-zond gecikmələrində valentlik zolağından fotoemissiya edilmiş elektronları tutur. Təcrübə xətası zolaqlarında WS2-nin valentlik zolağında hər hansı bir nasos-zond gecikməsi üçün dəliklərin olmasına dair heç bir əlamət tapmırıq. Bu, fotohəyəcandan sonra bu dəliklərin zaman qətnaməmizlə müqayisədə qısa bir zaman miqyasında sürətlə doldurulduğunu göstərir.
WS2/qrafen heterostrukturunda ultrasürətli yük ayrılması hipotezimizin son sübutunu təmin etmək üçün, Əlavə Materiallarda ətraflı təsvir edildiyi kimi, qrafen təbəqəsinə köçürülən dəliklərin sayını təyin edirik. Bir sözlə, π-zolağın keçici elektron paylanması Fermi-Dirak paylanması ilə təchiz edilmişdir. Daha sonra dəliklərin sayı keçici kimyəvi potensial və elektron temperaturu üçün əldə edilən dəyərlərdən hesablanmışdır. Nəticə Şəkil 4-də göstərilmişdir. Biz WS2-dən qrafenə 1,5 ± 0,2 ps eksponensial ömür müddəti ilə ümumilikdə ~5 × 1012 dəlik/sm2 köçürüldüyünü aşkar etdik.
1,5 ± 0,2 ps ömür verən eksponensial uyğunluqla birlikdə nasos-zond gecikməsinin funksiyası kimi π-zolaqdakı dəliklərin sayının dəyişməsi.
Şəkil 2-4-dəki tapıntılardan WS2/qrafen heterostrukturundakı ultrasürətli yük ötürülməsi üçün aşağıdakı mikroskopik mənzərə ortaya çıxır (Şəkil 5). WS2/qrafen heterostrukturunun 2 eV-də fotoqıcıqlanması WS2-dəki A-qıcıqlanmanı dominant şəkildə doldurur (Şəkil 5A). Qrafendəki Dirak nöqtəsi boyunca, eləcə də WS2 ilə qrafen zolaqları arasında əlavə elektronqıcıqlanmalar enerji baxımından mümkündür, lakin xeyli az səmərəlidir. WS2-nin valent zolağındakı fotoqıcıqlanmış dəliklər, zaman qətnaməmizlə müqayisədə qısa bir zaman miqyasında qrafen π-zolağından gələn elektronlarla doldurulur (Şəkil 5A). WS2-nin keçiricilik zolağındakı fotoqıcıqlanmış elektronların ömrü təxminən 1 ps-dir (Şəkil 5B). Lakin, qrafen π-zolağındakı dəlikləri doldurmaq üçün təxminən 2 ps lazımdır (Şəkil 5B). Bu, WS2 keçiricilik zolağı ilə qrafen π-zolaq arasında birbaşa elektron ötürülməsindən başqa, tam dinamikanı anlamaq üçün əlavə relaksasiya yollarının - ehtimal ki, qüsur halları (26) vasitəsilə - nəzərə alınmasının vacibliyini göstərir.
(A) WS2 A-eksitonuna qarşı rezonansda fotoqıcıqlanma 2 eV-də WS2-nin keçiricilik zolağına elektronlar yeridir. WS2-nin valentlik zolağındakı müvafiq dəliklər dərhal qrafen π-zolağından elektronlarla doldurulur. (B) WS2-nin keçiricilik zolağındakı fotoqıcıqlanmış daşıyıcıların ömrü təxminən 1 ps-dir. Qrafen π-zolağındakı dəliklər təxminən 2 ps yaşayır ki, bu da kəsikli oxlarla göstərilən əlavə səpələnmə kanallarının əhəmiyyətini göstərir. (A) və (B)-dəki qara kəsikli xətlər zolaq dəyişikliklərini və kimyəvi potensialdakı dəyişiklikləri göstərir. (C) Keçid vəziyyətində WS2 təbəqəsi mənfi yüklənir, qrafen təbəqəsi isə müsbət yüklənir. Dairəvi polyarlaşdırılmış işıqla spin-selektiv oyanma üçün WS2-dəki fotoqıcıqlanmış elektronların və qrafendəki müvafiq dəliklərin əks spin polyarizasiyası göstərməsi gözlənilir.
Keçici vəziyyətdə, fotohəyəcanlanmış elektronlar WS2-nin keçiricilik zolağında, fotohəyəcanlanmış dəliklər isə qrafenin π-zolağında yerləşir (Şəkil 5C). Bu o deməkdir ki, WS2 təbəqəsi mənfi yüklü, qrafen təbəqəsi isə müsbət yüklüdür. Bu, keçici pik sürüşmələrini (Şəkil 2), qrafen nasos-zond siqnalının asimmetriyasını (Şəkil 3-ün 2 və 3 əyriləri), WS2-nin valentlik zolağında dəliklərin olmamasını (Şəkil 4 əyrisi), eləcə də qrafen π-zolağında əlavə dəlikləri (Şəkil 4) izah edir. Bu yükdən ayrılmış vəziyyətin ömrü ~1 ps-dir (əyri 1 Şəkil 3).
Oxşar yük ayrılmış keçid halları, II tip zolaq düzülüşünə və pilləli zolaq boşluğuna malik iki düz boşluqlu yarımkeçiricidən hazırlanmış əlaqəli van der Waals heterostrukturlarında müşahidə edilmişdir (27–32). Fotoqıcıqlanmadan sonra elektronların və dəliklərin heterostrukturun müxtəlif təbəqələrində yerləşən keçiricilik zolağının altına və valentlik zolağının yuxarısına sürətlə hərəkət etdiyi aşkar edilmişdir (27–32).
WS2/qrafen heterostrukturumuzda həm elektronlar, həm də dəliklər üçün enerji baxımından ən əlverişli yer metal qrafen təbəqəsindəki Fermi səviyyəsindədir. Buna görə də, həm elektronların, həm də dəliklərin qrafen π-zolağında sürətlə keçəcəyi gözlənilir. Lakin ölçmələrimiz açıq şəkildə göstərir ki, dəlik ötürülməsi (<200 fs) elektron ötürülməsindən (∼1 ps) daha səmərəlidir. Biz bunu Şəkil 1A-da göstərildiyi kimi WS2 və qrafen zolaqlarının nisbi enerji uyğunluğu ilə əlaqələndiririk ki, bu da bu yaxınlarda (14, 15) tərəfindən gözlənildiyi kimi elektron ötürülməsi ilə müqayisədə dəlik ötürülməsi üçün daha çox sayda mövcud son vəziyyət təklif edir. Hazırkı halda, WS2 zolaq boşluğunun ~2 eV olduğunu fərz etsək, qrafen Dirak nöqtəsi və tarazlıq kimyəvi potensialı WS2 zolaq boşluğunun ortasından müvafiq olaraq ~0,5 və ~0,2 eV yuxarıda yerləşir və elektron-dəlik simmetriyasını pozur. Biz dəlik ötürülməsi üçün mövcud son vəziyyətlərin sayının elektron ötürülməsindən təxminən 6 dəfə çox olduğunu aşkar etdik (Əlavə Materiallara baxın), buna görə də dəlik ötürülməsinin elektron ötürülməsindən daha sürətli olması gözlənilir.
Lakin müşahidə edilən ultra sürətli asimmetrik yük ötürülməsinin tam mikroskopik mənzərəsi, WS2-də A-eksiton dalğa funksiyasını təşkil edən orbitallar və müvafiq olaraq qrafen π-zolaq arasındakı üst-üstə düşməni, impuls, enerji, spin və psevdospin qorunması ilə qoyulan məhdudiyyətlər daxil olmaqla müxtəlif elektron-elektron və elektron-fonon səpələnmə kanallarını, plazma rəqslərinin təsirini (33), eləcə də yük ötürülməsini vasitəçilik edə biləcək koherent fonon rəqslərinin mümkün yerdəyişmə həyəcanının rolunu da nəzərə almalıdır (34, 35). Həmçinin, müşahidə edilən yük ötürülməsi vəziyyətinin yük ötürülməsi eksitonlarından və ya sərbəst elektron-dəlik cütlərindən ibarət olub-olmadığını fərz etmək olar (Əlavə Materiallara baxın). Bu məsələləri aydınlaşdırmaq üçün bu məqalənin əhatə dairəsindən kənara çıxan əlavə nəzəri tədqiqatlar tələb olunur.
Xülasə, epitaksial WS2/qrafen heterostrukturunda ultrasürətli təbəqələrarası yük ötürülməsini öyrənmək üçün tr-ARPES-dən istifadə etdik. Müəyyən etdik ki, 2 eV-də WS2-nin A-eksitonuna rezonansda həyəcanlandıqda, fotohəyəcanlanmış dəliklər sürətlə qrafen təbəqəsinə keçir, fotohəyəcanlanmış elektronlar isə WS2 təbəqəsində qalır. Bunu dəlik ötürülməsi üçün mövcud son vəziyyətlərin sayının elektron ötürülməsindən daha çox olması ilə əlaqələndirdik. Yükdən ayrılmış keçid vəziyyətinin ömrünün ~1 ps olduğu aşkar edildi. Dairəvi polyarlaşdırılmış işıqdan (22-25) istifadə edərək spin-selektiv optik həyəcanlanma ilə birlikdə müşahidə edilən ultrasürətli yük ötürülməsi spin ötürülməsi ilə müşayiət oluna bilər. Bu halda, tədqiq edilən WS2/qrafen heterostrukturu qrafenə səmərəli optik spin yeridilməsi üçün istifadə edilə bilər ki, bu da yeni optospintronik cihazların yaranmasına səbəb olur.
Qrafen nümunələri SiCrystal GmbH şirkətinin kommersiya məqsədli yarımkeçirici 6H-SiC(0001) lövhələrində yetişdirilmişdir. N-lə zənginləşdirilmiş lövhələr 0,5°-dən aşağıda səhv kəsiklə ox üzərində yerləşirdi. Cızıqları aradan qaldırmaq və adi düz terraslar əldə etmək üçün SiC substratı hidrogenlə oyulmuşdur. Təmiz və atom baxımından düz Si-terminallı səth daha sonra nümunəni Ar atmosferində 1300°C-də 8 dəqiqə tavlamaqla qrafitləşdirilmişdir (36). Bu şəkildə, hər üçüncü karbon atomunun SiC substratı ilə kovalent rabitə əmələ gətirdiyi tək bir karbon təbəqəsi əldə etdik (37). Daha sonra bu təbəqə hidrogen interkalasiyası yolu ilə tamamilə sp2-hibridləşdirilmiş kvazi-sərbəst dayanan dəliklə zənginləşdirilmiş qrafenə çevrilmişdir (38). Bu nümunələrə qrafen/H-SiC(0001) deyilir. Bütün proses Aixtron şirkətinin kommersiya məqsədli Black Magic böyümə kamerasında aparılmışdır. WS2 böyüməsi, öncül kimi 1:100 kütlə nisbəti olan WO3 və S tozlarından istifadə edərək aşağı təzyiqli kimyəvi buxar çöküntüsü (39, 40) ilə standart isti divar reaktorunda həyata keçirilmişdir. WO3 və S tozları müvafiq olaraq 900 və 200°C-də saxlanılmışdır. WO3 tozu substrata yaxın yerləşdirilmişdir. Argon 8 scm³ axını olan daşıyıcı qaz kimi istifadə edilmişdir. Reaktordakı təzyiq 0,5 mbar səviyyəsində saxlanılmışdır. Nümunələr ikinci dərəcəli elektron mikroskopiyası, atom qüvvəsi mikroskopiyası, Raman və fotolüminesans spektroskopiyası, eləcə də aşağı enerjili elektron difraksiyası ilə xarakterizə edilmişdir. Bu ölçmələr ya ΓK-, ya da ΓK'-istiqamətinin qrafen təbəqəsinin ΓK-istiqaməti ilə uyğunlaşdığı iki fərqli WS2 tək kristal domenini aşkar etmişdir. Domen tərəflərinin uzunluqları 300 ilə 700 nm arasında dəyişdi və ümumi WS2 örtüyü təxminən 40%-ə bərabər idi ki, bu da ARPES analizi üçün uyğun idi.
Statik ARPES təcrübələri, elektron enerjisi və impulsunun ikiölçülü aşkarlanması üçün yüklə birləşdirilmiş cihaz-detektor sistemindən istifadə edərək yarımkürəvi analizator (SPECS PHOIBOS 150) ilə aparılmışdır. Bütün fotoemissiya təcrübələri üçün yüksək axınlı He boşalma mənbəyinin (VG Scienta VUV5000) polyarlaşmamış, monoxromatik He1α şüalanması (21,2 eV) istifadə edilmişdir. Təcrübələrimizdəki enerji və bucaq qətnaməsi müvafiq olaraq 30 meV-dən və 0,3°-dən (0,01 Å−1-ə uyğun) daha yaxşı idi. Bütün təcrübələr otaq temperaturunda aparılmışdır. ARPES son dərəcə səthə həssas bir texnikadır. Həm WS2, həm də qrafen təbəqəsindən fotoelektronları çıxarmaq üçün, natamam WS2 örtüyü təxminən 40% olan nümunələr istifadə edilmişdir.
tr-ARPES qurğusu 1 kHz Titan:Sapphire gücləndiricisinə (Coherent Legend Elite Duo) əsaslanırdı. Arqonda yüksək harmoniklərin generasiyası üçün 2 mJ çıxış gücü istifadə edilmişdir. Nəticədə yaranan həddindən artıq ultrabənövşəyi işıq 26 eV foton enerjisində 100 fs zond impulsları yaradan barmaqlıq monoxromatordan keçdi. 8 mJ gücləndiricinin çıxış gücü optik parametrik gücləndiriciyə (İşıq Çevrilməsindən HE-TOPAS) göndərildi. 2 eV nasos impulslarını əldə etmək üçün 1 eV foton enerjisindəki siqnal şüası beta barium borat kristalında tezlik ikiqat artırıldı. tr-ARPES ölçmələri yarımkürəvi analizator (SPECS PHOIBOS 100) ilə aparıldı. Ümumi enerji və zaman qətnaməsi müvafiq olaraq 240 meV və 200 fs idi.
Bu məqalə üçün əlavə materiallar http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/20/eaay0761/DC1 ünvanında mövcuddur.
Bu, Creative Commons Attribution-NonCommercial lisenziyasının şərtləri altında paylanan açıq girişli bir məqalədir və istənilən mediada istifadəyə, yayılmağa və çoxaldılmaya icazə verir, lakin nəticədə istifadə kommersiya məqsədi daşımır və orijinal əsərə düzgün istinad edilir.
QEYD: Biz yalnız səhifəni tövsiyə etdiyiniz şəxsin onun görməsini istədiyinizi və lazımsız poçt olmadığını bilməsi üçün e-poçt ünvanınızı tələb edirik. Biz heç bir e-poçt ünvanını qeyd etmirik.
Bu sual sizin insan ziyarətçi olub-olmadığınızı yoxlamaq və avtomatlaşdırılmış spam göndərmələrinin qarşısını almaq üçündür.
Sven Aeschlimann, Antonio Rossi, Mariana Chavez-Cervantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmüller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz
Biz WS2/qrafen heterostrukturunda ultrasürətli yük ayrılmasının qrafenə optik spin yeridilməsinə imkan verdiyini aşkar edirik.
Sven Aeschlimann, Antonio Rossi, Mariana Chavez-Cervantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmüller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz
Biz WS2/qrafen heterostrukturunda ultrasürətli yük ayrılmasının qrafenə optik spin yeridilməsinə imkan verdiyini aşkar edirik.
© 2020 Elmin İnkişafı üzrə Amerika Assosiasiyası. Bütün hüquqlar qorunur. AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef və COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548-in tərəfdaşıdır.
Yayımlanma vaxtı: 25 may 2020