Bidh sinn a’ cleachdadh speactroscopaidh foto-sgaoilidh le rùn-ùine is ceàrn (tr-ARPES) gus sgrùdadh a dhèanamh air gluasad luchdan ultra-luath ann an heterostructar epitaxial air a dhèanamh de monolayer WS2 agus graphene. Bidh an heterostructar seo a’ cothlamadh buannachdan leth-chonnsair beàrn-dhìreach le ceangal làidir snìomh-orbit agus eadar-obrachadh làidir solas-stuth le buannachdan leth-mheatailt anns a bheil giùlan gun mhais le gluasadachd fìor àrd agus beatha snìomh fada. Tha sinn a’ faighinn a-mach, às deidh foto-bhrosnachadh aig ath-shonnrachadh don A-exciton ann an WS2, gu bheil na tuill foto-bhrosnaichte a’ gluasad gu luath a-steach don t-sreath graphene fhad ‘s a tha na dealanan foto-bhrosnaichte a’ fuireach anns an t-sreath WS2. Lorgar gu bheil beatha timcheall air 1 ps aig an staid thar-sgaraichte dealaichte le luchd a thig às. Tha sinn a’ cur ar co-dhùnaidhean às leth eadar-dhealachaidhean ann an àite ìre sgapadh air adhbhrachadh le co-thaobhadh coimeasach chòmhlain WS2 agus graphene mar a chithear le ARPES àrd-rùn. Còmhla ri brosnachadh optigeach snìomh-roghnach, dh’ fhaodadh an heterostructar WS2 / graphene a chaidh a sgrùdadh àrd-ùrlar a thoirt seachad airson stealladh snìomh optigeach èifeachdach a-steach do graphene.
Tha cothrom ann, leis gu bheil mòran stuthan dà-thaobhach eadar-dhealaichte rim faighinn, structaran hetero tana ùra a chruthachadh le gnìomhan gu tur ùr stèidhichte air sgrìonadh dielectric gnàthaichte agus diofar bhuaidhean air adhbhrachadh le faisgeachd (1–3). Chaidh innealan dearbhaidh-prionnsabail airson tagraidhean san àm ri teachd ann an raon eileagtronaig agus optoelectronics a thoirt gu buil (4–6).
An seo, bidh sinn a’ cur fòcas air structaran hetero van der Waals epitaxial anns a bheil monolayer WS2, leth-chonnsair beàrn-dhìreach le ceangal làidir snìomh-orbit agus sgoltadh snìomh mòr den structar còmhlan mar thoradh air co-chothromachd tionndaidh briste (7), agus graphene monolayer, leth-mheatailt le structar còmhlan cònail agus gluasadachd giùlain fìor àrd (8), air fhàs air SiC (0001) le crìoch haidridean. Tha a’ chiad chomharran airson gluasad cosgais ultra-luath (9–15) agus buaidhean ceangail snìomh-orbit air adhbhrachadh le faisgeachd (16–18) a’ dèanamh WS2/graphene agus structaran hetero coltach riutha nan tagraichean gealltanach airson tagraidhean optoelectronic (19) agus optospintronic (20) san àm ri teachd.
Shuidhich sinn romhainn slighean fois paidhrichean dealan-toll a chaidh a chruthachadh le solas ann an WS2/graphene fhoillseachadh le speactroscopaidh sgaoilidh-solais le rùn ùine is ceàrn (tr-ARPES). Airson an adhbhair sin, bidh sinn a’ brosnachadh an heterostructar le cuislean pumpaidh 2-eV a tha a’ freagairt ris an A-exciton ann an WS2 (21, 12) agus a’ tilgeil a-mach dealanan-solais le dàrna cuisle probe le dàil ùine aig lùth foton 26-eV. Bidh sinn a’ dearbhadh lùth cineatach agus ceàrn sgaoilidh nan dealanan-solais le anailisiche leth-chruinneach mar ghnìomh de dhàil pumpaidh-probe gus faighinn gu daineamaigs giùlain momentum, lùth, agus rùn ùine. Tha an rùn lùtha is ùine 240 meV agus 200 fs, fa leth.
Tha na toraidhean againn a’ toirt fianais dhìreach airson gluasad cosgais ultra-luath eadar na sreathan a tha air an co-thaobhadh gu epitaxial, a’ dearbhadh a’ chiad chomharran stèidhichte air dòighean uile-optaigeach ann an heterostructaran coltach ri chèile air an cur ri chèile le làimh le co-thaobhadh azimuthal neo-riaghailteach de na sreathan (9–15). A bharrachd air an sin, tha sinn a’ sealltainn gu bheil an gluasad cosgais seo gu math neo-chothromach. Tha na tomhais againn a’ nochdadh staid thar-ghluasadach air a sgaradh le cosgais nach deach fhaicinn roimhe le dealanan agus tuill air an togail le solas suidhichte anns an t-sreath WS2 agus graphene, fa leth, a mhaireas airson ~1 ps. Bidh sinn a’ mìneachadh ar co-dhùnaidhean a thaobh eadar-dhealachaidhean ann an àite ìre sgapadh airson gluasad dealan agus tuill air adhbhrachadh le co-thaobhadh coimeasach chòmhlain WS2 agus graphene mar a chithear le ARPES àrd-rèiteachaidh. Còmhla ri brosnachadh optaigeach snìomh- agus gleann-roghnach (22–25) dh’ fhaodadh structaran hetero WS2 / graphene àrd-ùrlar ùr a thoirt seachad airson stealladh snìomh optaigeach ultra-luath èifeachdach a-steach do graphene.
Tha Figear 1A a’ sealltainn tomhas ARPES àrd-rèiteachaidh a fhuaireadh le lampa helium den structar còmhlan air feadh stiùireadh ΓK an heterostructair epitaxial WS2/graphene. Lorgar gu bheil an còn Dirac air a dhopadh le toll leis a’ phuing Dirac suidhichte ~0.3 eV os cionn a’ chomas cheimigeach cothromachaidh. Lorgar gu bheil mullach a’ chòmhlain vaileans snìomh-roinnte WS2 ~1.2 eV fo a’ chomas cheimigeach cothromachaidh.
(A) Sruth-foto cothromachaidh air a thomhas air feadh an stiùiridh ΓK le lampa helium neo-pholaraichte. (B) Sruth-foto airson dàil àicheil air a’ phump-probe air a thomhas le cuislean ultraviolet fìor phòlaraichte p aig lùth foton 26-eV. Tha loidhnichean briste liath is dearg a’ comharrachadh suidheachadh nam pròifilean loidhne a chaidh a chleachdadh gus na suidheachaidhean mullaich sealach a thoirt a-mach ann am Figear 2. (C) Atharrachaidhean air an t-sruth-foto air adhbhrachadh le pumpa 200 fs às deidh brosnachadh-foto aig lùth foton pumpa de 2 eV le fluence pumpa de 2 mJ/cm2. Tha buannachd is call foto-electronan air an sealltainn ann an dearg is gorm, fa leth. Tha na bogsaichean a’ comharrachadh raon an amalachaidh airson lorgan a’ phump-probe a tha air an taisbeanadh ann am Figear 3.
Tha Figear 1B a’ sealltainn dealbh-sgrìn tr-ARPES den structar còmhlan faisg air na puingean-K WS2 agus graphene air an tomhas le cuislean ultraviolet anabarrach 100-fs aig lùth foton 26-eV aig dàil pump-probe àicheil mus tig cuisle a’ phump. An seo, chan eil an sgoltadh snìomh air fhuasgladh air sgàth crìonadh an t-sampall agus làthaireachd cuisle pumpa 2-eV a dh’ adhbharaicheas leudachadh cosgais fànais de na feartan speactram. Tha Figear 1C a’ sealltainn nan atharrachaidhean anns a’ photo-shruth air adhbhrachadh le pumpa a thaobh Figear 1B aig dàil pump-probe de 200 fs far a bheil comharra pump-probe a’ ruighinn a’ char as àirde. Tha dathan dearga is gorma a’ comharrachadh buannachd agus call photoelectrons, fa leth.
Gus an daineamaigs bheairteach seo a sgrùdadh nas mionaidiche, bidh sinn an toiseach a’ dearbhadh suidheachaidhean nam prìomh àiteachan sealach còmhlan vaileans WS2 agus còmhlan-π a’ ghrafain air feadh nan loidhnichean briste ann am Figear 1B mar a mhìnichear gu mionaideach anns na Stuthan a bharrachd. Tha sinn a’ faighinn a-mach gu bheil còmhlan vaileans WS2 ag atharrachadh suas le 90 meV (Figear 2A) agus còmhlan-π a’ ghrafain ag atharrachadh sìos le 50 meV (Figear 2B). Tha fad-beatha eas-chruthach nan gluasadan sin air a lorg mar 1.2 ± 0.1 ps airson còmhlan vaileans WS2 agus 1.7 ± 0.3 ps airson còmhlan-π a’ ghrafain. Tha na gluasadan prìomh seo a’ toirt seachad a’ chiad fhianais air cosgais sealach an dà shreath, far a bheil cosgais adhartach (àicheil) a bharrachd ag àrdachadh (a’ lughdachadh) lùth ceangail nan staidean dealanach. Thoir an aire gu bheil gluasad suas còmhlan vaileans WS2 an urra ris a’ chomharra pump-probe follaiseach san sgìre a tha air a chomharrachadh leis a’ bhogsa dhubh ann am Figear 1C.
Atharrachadh ann an suidheachadh as àirde còmhlan vaileans WS2 (A) agus còmhlan-π graphene (B) mar ghnìomh de dhàil pump-probe còmhla ri freagarrachdan eas-chruthach (loidhnichean tiugh). Tha fad-beatha gluasaid WS2 ann an (A) 1.2 ± 0.1 ps. Tha fad-beatha gluasaid graphene ann an (B) 1.7 ± 0.3 ps.
An ath rud, bidh sinn ag amalachadh comharra a’ phump-probe thairis air na raointean a tha air an comharrachadh leis na bogsaichean dathte ann am Figear 1C agus a’ plotadh nan cunntasan a thig às mar ghnìomh de dhàil a’ phump-probe ann am Figear 3. Tha Lùb 1 ann am Figear 3 a’ sealltainn daineamaigs nan giùlan foto-bhrosnaichte faisg air bonn a’ chòmhlain giùlain den t-sreath WS2 le fad-beatha de 1.1 ± 0.1 ps a fhuaireadh bho fhreagarrachd eas-chruthach ris an dàta (faic na Stuthan a bharrachd).
Lorgan pump-probe mar ghnìomh dàil a gheibhear le bhith ag amalachadh an t-sruth-fhòto thairis air an raon a tha air a chomharrachadh leis na bogsaichean ann am Figear 1C. Tha na loidhnichean tiugh nan freagarrachdan eas-chruthach ris an dàta. Lùb (1) Àireamh-shluaigh giùlain sealach ann am bann giùlain WS2. Lùb (2) Comharra pump-probe den chòmhlan π de ghraifein os cionn a’ chomas cheimigeach cothromachaidh. Lùb (3) Comharra pump-probe den chòmhlan π de ghraifein fo chomas cheimigeach cothromachaidh. Lùb (4) Comharra glan pump-probe ann am bann vaileans WS2. Lorgar gu bheil na beathaichean 1.2 ± 0.1 ps ann an (1), 180 ± 20 fs (buannachd) agus ∼2 ps (call) ann an (2), agus 1.8 ± 0.2 ps ann an (3).
Ann an lùban 2 agus 3 de Figear 3, tha sinn a’ sealltainn comharra pump-probe a’ chòmhlain π de ghrafain. Tha sinn a’ faighinn a-mach gu bheil beatha mòran nas giorra (180 ± 20 fs) aig buannachd dealanan os cionn a’ chomas cheimigeach cothromachaidh (lùb 2 ann am Figear 3) an taca ri call dealanan fo chomas cheimigeach cothromachaidh (1.8 ± 0.2 ps ann an lùb 3 Figear 3). A bharrachd air an sin, lorgar gu bheil a’ bhuannachd tùsail den t-sruth-solais ann an lùb 2 de Figear 3 a’ tionndadh gu call aig t = 400 fs le beatha de ~2 ps. Lorgar gu bheil an neo-chothromachd eadar buannachd agus call neo-làthaireach ann an comharra pump-probe de ghrafain aon-fhilleadh gun chòmhdach (faic figear S5 anns na Stuthan a bharrachd), a’ nochdadh gur e toradh ceangail eadar-fhilleadh ann an heterostructar WS2/grafain a th’ anns an neo-chothromachd. Tha am faicinn de bhuannachd geàrr-ùine agus call fad-ùine os cionn agus fo chomas ceimigeach cothromachaidh, fa leth, a’ nochdadh gu bheil dealanan air an toirt air falbh gu h-èifeachdach bhon t-sreath grafain nuair a bhios an structar hetero air a ghluasad le solas. Mar thoradh air an sin, bidh an sreath grafain air a ghearradh gu deimhinneach, a tha a rèir an àrdachadh ann an lùth ceangail a’ chòmhlain π a lorgar ann am Figear 2B. Bidh gluasad sìos a’ chòmhlain π a’ toirt air falbh earball àrd-lùtha an t-sgaoilidh Fermi-Dirac cothromachaidh bho os cionn a’ chomas ceimigeach cothromachaidh, a tha gu ìre a’ mìneachadh an atharrachadh ann an soidhne a’ chomharra pump-probe ann an lùb 2 de Figear 3. Seallaidh sinn gu h-ìosal gu bheil a’ bhuaidh seo air a neartachadh tuilleadh leis a’ chall sealach dealanan anns a’ chòmhlan π.
Tha an suidheachadh seo air a chumail suas leis a’ chomharra glan pump-probe den chòmhlan valens WS2 ann an lùb 4 de Figear 3. Fhuaireadh an dàta seo le bhith ag amalachadh nan cunntasan thairis air an raon a tha air a thoirt seachad leis a’ bhogsa dhubh ann am Figear 1B a ghlacas na dealanan a thèid a leigeil ma sgaoil bhon chòmhlan valens aig gach dàil pump-probe. Taobh a-staigh nam bàraichean mearachd deuchainneach, chan eil sinn a’ faighinn comharradh sam bith airson làthaireachd thuill ann am còmhlan valens WS2 airson dàil pump-probe sam bith. Tha seo a’ nochdadh, às deidh photoexcitation, gu bheil na tuill sin air an ath-lìonadh gu luath air sgèile-ama goirid an taca ris an rùn ùine againn.
Gus dearbhadh deireannach a thoirt seachad airson ar beachd-bharail mu sgaradh cosgais ultra-luath ann an heterostructar WS2/graphene, bidh sinn a’ dearbhadh an àireamh de thuill a chaidh a ghluasad chun an t-sreath graphene mar a tha air a mhìneachadh gu mionaideach anns na Stuthan a bharrachd. Ann an ùine ghoirid, chaidh sgaoileadh Fermi-Dirac a chur air an sgaoileadh dealain sealach den chòmhlan-π. Chaidh an àireamh de thuill an uairsin obrachadh a-mach bho na luachan a thig às airson a’ chomas ceimigeach sealach agus teòthachd dealain. Tha an toradh air a shealltainn ann am Figear 4. Tha sinn a’ faighinn a-mach gu bheil àireamh iomlan de ∼5 × 1012 tuill/cm2 air an gluasad bho WS2 gu graphene le fad-beatha eas-chruthach de 1.5 ± 0.2 ps.
Atharrachadh ann an àireamh nan tuill anns a’ chòmhlan-π mar ghnìomh de dhàil pumpa-probe còmhla ri freagarrachd eas-chruthach a’ toirt a-mach fad-beatha de 1.5 ± 0.2 ps.
Bho na co-dhùnaidhean ann am Figearan 2 gu 4, tha an dealbh microscopach a leanas a’ nochdadh airson an gluasad cosgais ultra-luath ann an heterostructar WS2/graphene (Figear 5). Tha foto-bhrosnachadh an heterostructar WS2/graphene aig 2 eV a’ lìonadh an A-exciton ann an WS2 (Figear 5A). Tha brosnachaidhean dealanach a bharrachd thar puing Dirac ann an graphene a bharrachd air eadar còmhlain WS2 agus graphene comasach gu lùthmhor ach gu math nas lugha èifeachdach. Tha na tuill foto-bhrosnaichte ann am còmhlan vaileans WS2 air an ath-lìonadh le dealanan a tha a’ tighinn bhon chòmhlan π graphene air sgèile ùine goirid an taca ris an rùn ùine againn (Figear 5A). Tha fad-beatha de ∼1 ps aig na dealanan foto-bhrosnaichte ann am còmhlan giùlain WS2 (Figear 5B). Ach, bheir e ∼2 ps gus na tuill ann am còmhlan π graphene ath-lìonadh (Figear 5B). Tha seo a’ nochdadh, a bharrachd air gluasad dìreach dealanach eadar còmhlan giùlain WS2 agus còmhlan-π a’ ghrafein, gum feumar beachdachadh air slighean fois a bharrachd—’s dòcha tro staidean locht (26)—gus tuigse iomlan fhaighinn air an daineamaigs.
(A) Brosnachadh-foto aig ath-shonnrachadh don WS2 Bidh A-exciton aig 2 eV a’ stealladh dealanan a-steach don chòmhlan giùlain de WS2. Tha na tuill co-fhreagarrach ann am còmhlan vaileans WS2 air an ath-lìonadh sa bhad le dealanan bhon chòmhlan-π graphene. (B) Tha fad-beatha de ∼1 ps aig na giùlan brosnaichte-foto ann am còmhlan giùlain WS2. Bidh na tuill anns a’ chòmhlan-π graphene beò airson ∼2 ps, a’ nochdadh cho cudromach sa tha seanalan sgapadh a bharrachd air an comharrachadh le saigheadan briste. Tha loidhnichean dubha briste ann an (A) agus (B) a’ nochdadh gluasadan còmhlain agus atharrachaidhean ann an comas ceimigeach. (C) Anns an staid shealach, tha an sreath WS2 air a ghearradh gu àicheil agus tha an sreath graphene air a ghearradh gu deimhinneach. Airson brosnachadh snìomh-roghnach le solas polaraichte gu cruinn, thathar an dùil gum bi na dealanan brosnaichte-foto ann an WS2 agus na tuill co-fhreagarrach ann an graphene a’ sealltainn pòlarachadh snìomh mu choinneamh.
Anns an staid thar-ghluasadach, tha na dealanan a tha air an togail le solas a’ fuireach ann am bann giùlain WS2 agus tha na tuill a tha air an togail le solas suidhichte ann am bann-π a’ ghraiféin (Figear 5C). Tha seo a’ ciallachadh gu bheil an sreath WS2 air a ghearradh gu àicheil agus gu bheil an sreath ghraiféin air a ghearradh gu deimhinneach. Tha seo a’ mìneachadh nan gluasadan aig na mullaichean thar-ghluasadach (Figear 2), neo-chothromachd comharra pumpa-probe a’ ghraiféin (lùban 2 agus 3 de Fhigear 3), dìth thuill ann am bann valens WS2 (lùb 4 Figear 3), a bharrachd air na tuill a bharrachd ann am bann-π a’ ghraiféin (Figear 4). Tha fad-beatha na staid seo le dealachadh le solas timcheall air 1 ps (lùb 1 Figear 3).
Chaidh staidean sealach coltach ri chèile, air an sgaradh le luchdan, fhaicinn ann an structaran hetero van der Waals co-cheangailte, air an dèanamh a-mach à dà leth-sheoltóir beàrn dhìreach le co-thaobhadh còmhlan seòrsa II agus beàrn còmhlan staggered (27–32). Às dèidh photoexcitation, chaidh a lorg gun robh na dealanan agus na tuill a’ gluasad gu luath gu bonn a’ chòmhlain giùlain agus gu mullach a’ chòmhlain vaileans, fa leth, a tha suidhichte ann an diofar shreathan den heterostructar (27–32).
A thaobh ar structar hetero WS2/graphene, is e an ìre Fermi anns an t-sreath meatailteach graphene an t-àite as fàbharaiche a thaobh lùtha airson dealanan agus tuill. Mar sin, bhiodh dùil aig neach gum biodh dealanan agus tuill a’ gluasad gu luath chun chòmhlan-π graphene. Ach, tha na tomhais againn a’ sealltainn gu soilleir gu bheil gluasad toll (<200 fs) tòrr nas èifeachdaiche na gluasad dealan (∼1 ps). Tha sinn a’ cur seo às leth an co-thaobhadh lùthmhor coimeasach eadar na còmhlain WS2 agus graphene mar a chithear ann am Figear 1A a tha a’ tabhann àireamh nas motha de staidean deireannach rim faighinn airson gluasad toll an taca ri gluasad dealan mar a bha dùil o chionn ghoirid le (14, 15). Anns a’ chùis seo, a’ gabhail ris gu bheil beàrn-chòmhlain WS2 ∼2 eV ann, tha puing Dirac graphene agus comas ceimigeach cothromachaidh suidhichte ∼0.5 agus ∼0.2 eV os cionn meadhan beàrn-chòmhlain WS2, fa leth, a’ briseadh co-chothromachd dealan-toll. Tha sinn a’ faighinn a-mach gu bheil an àireamh de staidean deireannach a tha rim faighinn airson gluasad toll timcheall air 6 uiread nas motha na airson gluasad dealanach (faic na Stuthan a bharrachd), agus is e sin as coireach gu bheil dùil gum bi gluasad toll nas luaithe na gluasad dealanach.
Ach, bu chòir dealbh microscopach iomlan den ghluasad cosgais neo-chothromach ultra-luath a chaidh fhaicinn beachdachadh cuideachd air an tar-lùbadh eadar na h-orbitalan a tha a’ dèanamh suas gnìomh tonn A-exciton ann an WS2 agus còmhlan-π graphene, fa leth, diofar shianalan sgapadh electron-electron agus electron-phonon a’ gabhail a-steach na cuingeadan a tha air an cur an sàs le gluasad, lùth, snìomh, agus glèidhteachas pseudospin, buaidh crithidhean plasma (33), a bharrachd air àite brosnachaidh gluasaid a dh’ fhaodadh a bhith ann de chrithidhean phonon co-leanailteach a dh’ fhaodadh an gluasad cosgais a mheadhanachadh (34, 35). Cuideachd, dh’ fhaodadh neach beachdachadh a bheil an staid gluasaid cosgais a chaidh fhaicinn air a dhèanamh suas de excitons gluasaid cosgais no paidhrichean electron-toll an-asgaidh (faic na Stuthan a bharrachd). Tha feum air tuilleadh rannsachaidhean teòiridheach a tha a’ dol nas fhaide na raon a’ phàipeir seo gus na cùisean sin a shoilleireachadh.
Mar gheàrr-chunntas, chleachd sinn tr-ARPES gus sgrùdadh a dhèanamh air gluasad luchd eadar-fhilleadh ultra-luath ann an heterostructar epitaxial WS2/graphene. Fhuair sinn a-mach, nuair a thèid an spreagadh aig ath-shonnrachadh don A-exciton de WS2 aig 2 eV, gun gluais na tuill a chaidh a bhrosnachadh le solas gu luath a-steach don fhilleadh graphene agus gun fuirich na dealanan a chaidh a bhrosnachadh le solas anns an fhilleadh WS2. Chuir sinn seo às leth na fìrinn gu bheil an àireamh de staidean deireannach a tha rim faighinn airson gluasad tuill nas motha na airson gluasad dealanan. Chaidh fad-beatha na staide sealach air a sgaradh le luchd a lorg aig timcheall air 1 ps. Ann an co-bhonn ri brosnachadh optigeach roghnach snìomh a’ cleachdadh solas polarichte cruinn (22–25), dh’ fhaodadh gluasad snìomh a bhith an cois a’ ghluasaid luchd ultra-luath a chaidh fhaicinn. Anns a’ chùis seo, dh’ fhaodadh an heterostructar WS2/graphene a chaidh a sgrùdadh a bhith air a chleachdadh airson stealladh snìomh optigeach èifeachdach a-steach do graphene agus mar thoradh air sin bidh innealan optospintronic ùra ann.
Chaidh na sampallan grafaein fhàs air sliseagan malairteach leth-ghiùlain 6H-SiC(0001) bho SiCrystal GmbH. Bha na sliseagan le dopadh N air an axis le gearradh ceàrr fo 0.5°. Chaidh an t-substrate SiC a ghràbhaladh le haidridean gus sgrìoban a thoirt air falbh agus barraidean rèidh cunbhalach fhaighinn. Chaidh an uachdar glan agus rèidh gu atamach le crìoch Si an uairsin a ghrafaiteach le bhith a’ losgadh an t-sampall ann an àile Ar aig 1300°C airson 8 mionaidean (36). San dòigh seo, fhuair sinn aon shreath charbon far an robh gach treas dadam charbon a’ cruthachadh ceangal covalent ris an t-substrate Si (37). Chaidh an sreath seo an uairsin a thionndadh gu bhith na ghrafaein leth-sheasach le toll-dopadh le sp2 gu tur measgaichte tro eadar-chur haidridean (38). Canar grafaein/H-SiC(0001) ris na sampallan seo. Chaidh am pròiseas gu lèir a dhèanamh ann an seòmar fàis malairteach Black Magic bho Aixtron. Chaidh fàs WS2 a dhèanamh ann an reactar balla-teth àbhaisteach le tasgadh smùid ceimigeach ìosal-bhruthadh (39, 40) a’ cleachdadh pùdar WO3 agus S le co-mheas mais de 1:100 mar ro-ruithearan. Chaidh na pùdar WO3 agus S a chumail aig 900 agus 200°C, fa leth. Chaidh am pùdar WO3 a chur faisg air an t-substrate. Chaidh argon a chleachdadh mar ghas giùlain le sruthadh de 8 sccm. Chaidh an cuideam anns an reactar a chumail aig 0.5 mbar. Chaidh na sampallan a chomharrachadh le microscopaidh dealanach àrd-sgoile, microscopaidh feachd atamach, Raman, agus speactroscopaidh fotoluminescence, a bharrachd air diffraction dealanach ìosal-lùth. Nochd na tomhais seo dà raon criostalach singilte WS2 eadar-dhealaichte far a bheil an dàrna cuid an stiùireadh ΓK- no an stiùireadh ΓK' a rèir stiùireadh ΓK an t-sreath grafain. Bha faid taobh an raoin ag atharrachadh eadar 300 agus 700 nm, agus chaidh còmhdach iomlan WS2 a thomhas gu timcheall air 40%, freagarrach airson mion-sgrùdadh ARPES.
Chaidh na deuchainnean statach ARPES a dhèanamh le anailisiche leth-chruinneach (SPECS PHOIBOS 150) a’ cleachdadh siostam inneal-lorgaidh ceangailte ri cosgais airson lorg dà-thaobhach lùth agus gluasad electron. Chaidh rèididheachd He Iα monocromatach, neo-pholaraichte (21.2 eV) bho thùs sgaoilidh He àrd-shruth (VG Scienta VUV5000) a chleachdadh airson a h-uile deuchainn photoemission. Bha an lùth agus an rùn ceàrnach anns na deuchainnean againn nas fheàrr na 30 meV agus 0.3° (a’ freagairt ri 0.01 Å−1), fa leth. Chaidh a h-uile deuchainn a dhèanamh aig teòthachd an t-seòmair. Tha ARPES na dhòigh-obrach air leth mothachail air uachdar. Gus photoelectrons a thoirt a-mach às an dà chuid an WS2 agus an t-sreath graphene, chaidh sampallan le còmhdach WS2 neo-choileanta de ∼40% a chleachdadh.
Bha an suidheachadh tr-ARPES stèidhichte air amplifier Titanium:Sapphire 1-kHz (Coherent Legend Elite Duo). Chaidh 2 mJ de chumhachd toraidh a chleachdadh airson gineadh àrd-harmonics ann an argon. Chaidh an solas ultraviolet anabarrach a thig às a sin tro monochromator grating a’ toirt a-mach cuislean probe 100-fs aig lùth foton 26-eV. Chaidh 8mJ de chumhachd toraidh amplifier a chur a-steach do amplifier paraimeadrach optigeach (HE-TOPAS bho Light Conversion). Chaidh an beam comharra aig lùth foton 1-eV a dhùblachadh a thaobh tricead ann an criostal beta barium borate gus na cuislean pumpa 2-eV fhaighinn. Chaidh na tomhais tr-ARPES a dhèanamh le anailisiche leth-chruinneach (SPECS PHOIBOS 100). B’ e an lùth iomlan agus an rùn ùine 240 meV agus 200 fs, fa leth.
Tha stuth a bharrachd airson an artaigil seo ri fhaighinn aig http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/20/eaay0761/DC1
Is e seo artaigil fosgailte a tha air a sgaoileadh fo chumhachan ceadachas Creative Commons Attribution-NonCommercial, a leigeas le cleachdadh, sgaoileadh agus ath-riochdachadh ann am meadhan sam bith, fhad ‘s nach eil an cleachdadh a thig às a sin airson buannachd mhalairteach agus fhad ‘s a tha an obair thùsail air a luaidh gu ceart.
NÒTA: Cha bhith sinn ag iarraidh do sheòladh puist-d ach gus am bi fios aig an neach dha bheil thu a’ moladh na duilleige gu robh thu airson gun fhaiceadh iad e, agus nach e post-sgudail a th’ ann. Cha bhith sinn a’ glacadh seòladh puist-d sam bith.
’S e ceist a tha seo airson deuchainn a dhèanamh a bheil thu nad neach-tadhail daonna no nach eil agus gus casg a chur air cuir a-steach spama fèin-ghluasadach.
Le Sven Aeschlimann, Antonio Rossi, Mariana Chávez-Cervantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmüller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz
Tha sinn a’ nochdadh dealachadh cosgais ultra-luath ann an heterostructar WS2/graphene a dh’ fhaodadh a bhith a’ comasachadh stealladh snìomh optigeach a-steach do graphene.
Le Sven Aeschlimann, Antonio Rossi, Mariana Chávez-Cervantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmüller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz
Tha sinn a’ nochdadh dealachadh cosgais ultra-luath ann an heterostructar WS2/graphene a dh’ fhaodadh a bhith a’ comasachadh stealladh snìomh optigeach a-steach do graphene.
© 2020 Comann Ameireagaidh airson Adhartachadh Saidheans. Gach còir glèidhte. Tha AAAS na chom-pàirtiche de HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef agus COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.
Àm puist: 25 Cèitean 2020