ראיות ישירות להפרדת מטען אולטרה-מהירה ויעילה בהטרומבנים אפיטקסיאליים של WS2/גרפן

אנו משתמשים בספקטרוסקופיית פוטו-אמיסה ברזולוציית זמן וזווית (tr-ARPES) כדי לחקור העברת מטען אולטרה-מהירה במבנה הטרו-אפיטקסי העשוי משכבה חד-שכבתית WS2 וגרפן. מבנה הטרו-מבנה זה משלב את היתרונות של מוליך למחצה בעל פער ישיר עם צימוד ספין-מסלול חזק ואינטראקציה חזקה בין אור לחומר עם אלו של מתכת למחצה המכילה נושאי מטען חסרי מסה בעלי ניידות גבוהה במיוחד ומשכי ספין ארוכים. אנו מוצאים כי לאחר עירור פוטו-אלקטרוני בתהודה לאקסיטון A ב-WS2, החורים המעוררים פוטו-אלקטרוניים עוברים במהירות לשכבת הגרפן בעוד שהאלקטרונים המעוררים פוטו-אלקטרוניים נשארים בשכבת WS2. נמצא כי למצב המעבר המופרד במטען שנוצר אורך חיים של כ-1 פיקו-שנייה. אנו מייחסים את ממצאינו להבדלים במרחב הפאזה של הפיזור הנגרמים עקב היישור היחסי של פסי WS2 וגרפן כפי שנחשף על ידי ARPES ברזולוציה גבוהה. בשילוב עם עירור אופטי סלקטיבי לספין, ההטרו-מבנה WS2/גרפן שנחקר עשוי לספק פלטפורמה להזרקת ספין אופטי יעילה לגרפן.

הזמינות של חומרים דו-ממדיים רבים ושונים פתחה את האפשרות ליצור הטרו-מבנים חדשים, דקים בסופו של דבר, עם פונקציונליות חדשה לחלוטין המבוססת על סינון דיאלקטרי מותאם אישית ואפקטים שונים המושרים על ידי קרבה (1-3). התקני הוכחת עקרון ליישומים עתידיים בתחום האלקטרוניקה והאופטואלקטרוניקה מומשו (4-6).

כאן, אנו מתמקדים בהטרומבנים אפיטקסיאליים מסוג van der Waals המורכבים משכבה חד-שכבתית WS2, מוליך למחצה בעל פער ישיר עם צימוד ספין-מסלול חזק ופיצול ספין ניכר של מבנה הפס עקב סימטריית אינוורסיה שבורה (7), וגרפן חד-שכבתי, חצי-מתכת עם מבנה פס חרוטי וניידות נושאת מטען גבוהה במיוחד (8), הגדל על SiC(0001) בעל סיום מימן. אינדיקציות ראשונות להעברת מטען אולטרה-מהירה (9-15) ואפקטים של צימוד ספין-מסלול המושרים על ידי קרבה (16-18) הופכים את WS2/גרפן ומבנים הטרוניים דומים למועמדים מבטיחים ליישומים אופטואלקטרוניים (19) ואופטוספיטרוניים (20) עתידיים.

יצאנו לחשוף את מסלולי הרלקסציה של זוגות אלקטרון-חור שנוצרו באמצעות פוטו ב-WS2/גרפן באמצעות ספקטרוסקופיית פוטו-אמיסה ברזולוציית זמן וזווית (tr-ARPES). למטרה זו, אנו מעוררים את ההטרו-מבנה באמצעות פולסי משאבה של 2-eV המהדהדים לאקסיטון A ב-WS2 (21, 12) ופולטים פוטואלקטרונים באמצעות פולס גשש שני בעל השהיית זמן באנרגיית פוטון של 26-eV. אנו קובעים את האנרגיה הקינטית וזווית הפליטה של ​​הפוטואלקטרונים באמצעות מנתח חצי כדורי כפונקציה של השהיית משאבה-גשש כדי לקבל גישה לדינמיקת נושאי הגל של התנע, האנרגיה והזמן. רזולוציית האנרגיה והזמן היא 240 meV ו-200 fs, בהתאמה.

תוצאותינו מספקות ראיות ישירות להעברת מטען אולטרה-מהירה בין השכבות המסודרות אפיטקסיאלית, ומאשרות אינדיקציות ראשונות המבוססות על טכניקות אופטיות לחלוטין במבנים הטרו-אופטיים דומים המורכבים ידנית עם יישור אזימוטלי שרירותי של השכבות (9-15). בנוסף, אנו מראים שהעברת מטען זו היא אסימטרית ביותר. המדידות שלנו חושפות מצב חולף מופרד-מטען שלא נצפה קודם לכן עם אלקטרונים וחורים מעוררים-פוטו-ממוקמים בשכבת WS2 וגרפן, בהתאמה, אשר חי במשך כ-1 פיקו-שנייה. אנו מפרשים את ממצאינו במונחים של הבדלים במרחב הפאזות של הפיזור להעברת אלקטרונים וחורים הנגרמים על ידי היישור היחסי של פסי WS2 וגרפן כפי שנחשף על ידי ARPES ברזולוציה גבוהה. בשילוב עם עירור אופטי סלקטיבי לספין ועמק (22-25), מבנים הטרו-אופטיים של WS2/גרפן עשויים לספק פלטפורמה חדשה להזרקת ספין אופטי אולטרה-מהירה יעילה לגרפן.

איור 1A מציג מדידת ARPES ברזולוציה גבוהה שהתקבלה באמצעות מנורת הליום של מבנה הפס לאורך כיוון ΓK של ההטרו-מבנה האפיטקסיאלי WS2/גרפן. נמצא כי חרוט דיראק מסומם בחורים כאשר נקודת דיראק ממוקמת כ-0.3 eV מעל הפוטנציאל הכימי של שיווי המשקל. נמצא כי החלק העליון של פס הערכיות של WS2 עם פיצול ספין נמצא כ-1.2 eV מתחת לפוטנציאל הכימי של שיווי המשקל.

(א) זרם פוטואלקטרוני שיווי משקל שנמדד לאורך כיוון ΓK עם מנורת הליום לא מקוטבת. (ב) זרם פוטואלקטרוני עבור עיכוב שלילי של משאבת-גשש שנמדד עם פולסים אולטרה סגולים קיצוניים מקוטבים p באנרגיית פוטון של 26 eV. קווים מקווקווים אפורים ואדומים מסמנים את מיקום פרופילי הקווים ששימשו לחילוץ מיקומי השיאים החולפים באיור 2. (ג) שינויים בזרם הפוטואלקטרוני הנגרמים על ידי משאבה 200 fs לאחר עירור פוטואלקטרוני באנרגיית פוטון משאבה של 2 eV עם שטף משאבה של 2 mJ/cm2. רווח ואובדן של פוטואלקטרונים מוצגים באדום ובכחול, בהתאמה. התיבות מציינות את אזור האינטגרציה עבור עקבות משאבת-גשש המוצגות באיור 3.

איור 1B מציג תמונת מצב tr-ARPES של מבנה הפס קרוב לנקודות K של WS2 וגרפן, שנמדדה עם פולסים אולטרה סגולים קיצוניים של 100 fs באנרגיית פוטון של 26 eV בעיכוב שלילי של אות המשאבה לפני הגעת פולס המשאבה. כאן, פיצול הספין אינו נפתר עקב פירוק הדגימה ונוכחות פולס המשאבה של 2 eV הגורם להרחבת מטען מרחבי של התכונות הספקטרליות. איור 1C מציג את השינויים בזרם הפוטואלקטרי המושרים על ידי המשאבה ביחס לאיור 1B בעיכוב של 200 fs, שבו אות המשאבה מגיע למקסימום שלו. צבעים אדומים וכחולים מצביעים על רווח ואובדן של פוטואלקטרונים, בהתאמה.

כדי לנתח את הדינמיקה העשירה הזו ביתר פירוט, אנו קובעים תחילה את מיקומי השיאים החולפים של פס הערכיות של WS2 ופס ה-π של הגרפן לאורך הקווים המקווקווים באיור 1B כפי שמוסבר בפירוט בחומרים המשלימים. אנו מוצאים שפס הערכיות של WS2 זז למעלה ב-90 meV (איור 2A) ופס ה-π של הגרפן זז למטה ב-50 meV (איור 2B). אורך החיים האקספוננציאלי של תזוזות אלו נמצא כ-1.2 ± 0.1 ps עבור פס הערכיות של WS2 ו-1.7 ± 0.3 ps עבור פס ה-π של הגרפן. תזוזות שיא אלו מספקות עדות ראשונה לטעינה חולפת של שתי השכבות, כאשר מטען חיובי (שלילי) נוסף מגביר (מקטין) את אנרגיית הקישור של המצבים האלקטרוניים. שימו לב שההזזה כלפי מעלה של פס הערכיות של WS2 אחראית לאות המשאבה-גשש הבולט באזור המסומן על ידי הקופסה השחורה באיור 1C.

שינוי במיקום השיא של פס הערכיות WS2 (A) ופס ה-π של הגרפן (B) כפונקציה של עיכוב משאבה-גשש יחד עם התאמות אקספוננציאליות (קווים עבים). אורך החיים של תזוזת WS2 ב-(A) הוא 1.2 ± 0.1 ps. אורך החיים של תזוזת הגרפן ב-(B) הוא 1.7 ± 0.3 ps.

לאחר מכן, אנו משלבים את אות המשאבה-גשש על פני האזורים המסומנים על ידי התיבות הצבעוניות באיור 1C ומשרטטים את הספירות המתקבלות כפונקציה של עיכוב המשאבה-גשש באיור 3. עקומה 1 באיור 3 מציגה את הדינמיקה של נושאי הגל המעוררים בפוטו קרוב לתחתית פס ההולכה של שכבת WS2 עם אורך חיים של 1.1 ± 0.1 ps שהתקבל מהתאמה אקספוננציאלית לנתונים (ראה חומרים משלימים).

עקבות משאבה-גשש כפונקציה של עיכוב המתקבל על ידי אינטגרציה של הזרם הפוטואלקטרי על פני השטח המסומן על ידי התיבות באיור 1C. הקווים העבים הם התאמות אקספוננציאליות לנתונים. עקומה (1) אוכלוסיית נושאי מטען חולפים בפס ההולכה של WS2. עקומה (2) אות משאבה-גשש של פס π של גרפן מעל הפוטנציאל הכימי של שיווי המשקל. עקומה (3) אות משאבה-גשש של פס π של גרפן מתחת לפוטנציאל הכימי של שיווי המשקל. עקומה (4) אות משאבה-גשש נטו בפס הערכיות של WS2. נמצא כי משכי החיים הם 1.2 ± 0.1 ps ב-(1), 180 ± 20 fs (רווח) ו-∼2 ps (הפסד) ב-(2), ו-1.8 ± 0.2 ps ב-(3).

בעקומות 2 ו-3 של איור 3, אנו מציגים את אות המשאבה-גשש של פס π של הגרפן. אנו מוצאים כי להגברת האלקטרונים מעל הפוטנציאל הכימי של שיווי המשקל (עקומה 2 באיור 3) יש אורך חיים קצר בהרבה (180 ± 20 fs) בהשוואה לאובדן האלקטרונים מתחת לפוטנציאל הכימי של שיווי המשקל (1.8 ± 0.2 ps בעקומה 3 איור 3). יתר על כן, נמצא כי ההגבר ההתחלתי של הזרם הפוטואלקטרי בעקומה 2 של איור 3 הופך לאובדן ב-t = 400 fs עם אורך חיים של ~2 ps. נמצא כי האסימטריה בין ההגברה להאבדה נעדרת באות המשאבה-גשש של גרפן חד-שכבתי לא מכוסה (ראה איור S5 בחומרים המשלימים), דבר המצביע על כך שהאסימטריה היא תוצאה של צימוד בין-שכבתי במבנה ההטרו-מבנה WS2/גרפן. התצפית על רווח קצר טווח ואובדן ארוך טווח מעל ומתחת לפוטנציאל הכימי של שיווי המשקל, בהתאמה, מצביעה על כך שאלקטרונים מוסרים ביעילות משכבת ​​הגרפן בעת ​​עירור פוטוטי של ההטרומבנה. כתוצאה מכך, שכבת הגרפן הופכת למטענת חיובית, דבר התואם את העלייה באנרגיית הקישור של פס ה-π שנמצא באיור 2B. ההסטה כלפי מטה של ​​פס ה-π מסירה את זנב האנרגיה הגבוהה של התפלגות פרמי-דירק של שיווי המשקל מעל לפוטנציאל הכימי של שיווי המשקל, דבר המסביר חלקית את שינוי הסימן של אות המשאבה-גשש בעקומה 2 של איור 3. נראה להלן כי השפעה זו מוגברת עוד יותר על ידי אובדן חולף של אלקטרונים בפס ה-π.

תרחיש זה נתמך על ידי אות ה-pump-probe נטו של פס הערכיות של WS2 בעקומה 4 של איור 3. נתונים אלה התקבלו על ידי שילוב הספירות על פני השטח שניתן על ידי הקופסה השחורה באיור 1B אשר לוכדת את האלקטרונים הנפלטים מפס הערכיות בכל עיכובי ה-pump-probe. בתוך סרגלי השגיאה הניסוייים, איננו מוצאים אינדיקציה לנוכחות חורים בפס הערכיות של WS2 עבור כל עיכוב של ה-pump-probe. זה מצביע על כך שלאחר עירור פוטוכימי, חורים אלה מתמלאים במהירות בטווח זמן קצר בהשוואה לרזולוציה הזמנית שלנו.

כדי לספק הוכחה סופית להשערתנו בדבר הפרדת מטען אולטרה-מהירה בהטרו-מבנה WS2/גרפן, אנו קובעים את מספר החורים שהועברו לשכבת הגרפן כמתואר בפירוט בחומרים המשלימים. בקצרה, ההתפלגות האלקטרונית החולפת של פס π הותאמה להתפלגות פרמי-דירק. מספר החורים חושב לאחר מכן מהערכים המתקבלים עבור הפוטנציאל הכימי החולף וטמפרטורת האלקטרון. התוצאה מוצגת באיור 4. אנו מוצאים שמספר כולל של כ-5 × 1012 חורים/סמ"ר מועברים מ-WS2 לגרפן עם אורך חיים אקספוננציאלי של 1.5 ± 0.2 פיקו-שניות.

שינוי מספר החורים בפס π כפונקציה של עיכוב משאבה-גשש יחד עם התאמה אקספוננציאלית, המניבים אורך חיים של 1.5 ± 0.2 פיקו-שניות.

מהממצאים באיורים 2 עד 4, עולה התמונה המיקרוסקופית הבאה של העברת מטען אולטרה-מהירה במבנה ההטרו-מבנה WS2/גרפן (איור 5). עירור פוטו-אלקטרוני של המבנה ההטרו-אלקטרוני WS2/גרפן ב-2 eV מאכלס באופן דומיננטי את אקסיטון A ב-WS2 (איור 5A). עירורים אלקטרוניים נוספים על פני נקודת דיראק בגרפן, כמו גם בין WS2 לפסים של גרפן, אפשריים אנרגטית אך פחות יעילים באופן משמעותי. החורים המעוררים בפוטו-אלקטרוני בפס הערכיות של WS2 מתמלאים מחדש על ידי אלקטרונים שמקורם בפס π של הגרפן בסולם זמן קצר בהשוואה לרזולוציה הזמנית שלנו (איור 5A). לאלקטרונים המעוררים בפוטו-אלקטרוני בפס ההולכה של WS2 יש אורך חיים של כ-1 ps (איור 5B). עם זאת, נדרשים כ-2 ps כדי למלא מחדש את החורים בפס π של הגרפן (איור 5B). זה מצביע על כך, מלבד מעבר אלקטרונים ישיר בין פס ההולכה WS2 לפס ה-π של הגרפן, יש לקחת בחשבון מסלולי הרלקסציה נוספים - אולי דרך מצבי פגם (26) - כדי להבין את הדינמיקה המלאה.

(א) עירור פוטוכימי בתהודה לאור WS2. אקסיטון A ב-2 eV מזריק אלקטרונים לפס ההולכה של WS2. החורים המתאימים בפס הערכיות של WS2 מתמלאים באופן מיידי על ידי אלקטרונים מפס π של הגרפן. (ב) נושאי השמש המעוררים בפס ההולכה של WS2 בעלי אורך חיים של כ-1 ps. החורים בפס π של הגרפן חיים כ-2 ps, דבר המצביע על חשיבותם של ערוצי פיזור נוספים המסומנים בחצים מקווקווים. קווים מקווקווים שחורים ב-(א) וב-(ב) מצביעים על תזוזות פס ושינויים בפוטנציאל הכימי. (ג) במצב חולף, שכבת WS2 טעונה שלילית בעוד ששכבת הגרפן טעונה חיובית. עבור עירור סלקטיבי לספין עם אור מקוטב מעגלי, האלקטרונים המעוררים ב-WS2 והחורים המתאימים בגרפן צפויים להראות קיטוב ספין הפוך.

במצב חולף, האלקטרונים המעוררים בפוטו נמצאים בפס ההולכה של WS2 בעוד שהחורים המעוררים בפוטו ממוקמים בפס π של הגרפן (איור 5C). משמעות הדבר היא ששכבת WS2 טעונה שלילית ושכבת הגרפן טעונה חיובית. זה מסביר את תזוזות השיא החולפות (איור 2), את האסימטריה של אות משאבת הגרפן-גשש (עקומות 2 ו-3 של איור 3), את היעדר חורים בפס הערכיות של WS2 (עקומה 4 איור 3), כמו גם את החורים הנוספים בפס π של הגרפן (איור 4). אורך החיים של מצב מופרד מטען זה הוא ~1 ps (עקומה 1 איור 3).

מצבים חולפים דומים המופרדים במטען נצפו בהטרוסטרוקטורים קשורים של ואן דר ואלס, העשויים משני מוליכים למחצה בעלי פער ישיר עם יישור פס מסוג II ופער פס מדורג (27-32). לאחר עירור פוטוכימי, נמצא כי האלקטרונים והחורים נעים במהירות לתחתית פס ההולכה ולראש פס הערכיות, בהתאמה, הממוקמים בשכבות שונות של ההטרוסטרוקטור (27-32).

במקרה של ההטרו-מבנה שלנו של WS2/גרפן, המיקום הנוח ביותר מבחינה אנרגטית עבור אלקטרונים וחורים כאחד הוא ברמת פרמי בשכבת הגרפן המתכתית. לכן, ניתן היה לצפות שגם אלקטרונים וגם חורים יעברו במהירות לפס π של הגרפן. עם זאת, המדידות שלנו מראות בבירור שהעברת חורים (<200 fs) יעילה הרבה יותר מהעברת אלקטרונים (∼1 ps). אנו מייחסים זאת ליישור האנרגטי היחסי של פסי WS2 וגרפן כפי שנחשף באיור 1A, המציע מספר גדול יותר של מצבים סופיים זמינים להעברת חורים בהשוואה להעברת אלקטרונים כפי שצפוי לאחרונה על ידי (14, 15). במקרה הנוכחי, בהנחה של פער פס WS2 של ~2 eV, נקודת דיראק של הגרפן ופוטנציאל שיווי המשקל הכימי ממוקמים ~0.5 ו- ~0.2 eV מעל אמצע פער הפס WS2, בהתאמה, מה ששובר את הסימטריה של אלקטרון-חור. אנו מגלים שמספר המצבים הסופיים הזמינים להעברת חורים גדול פי 6 בערך מאשר להעברת אלקטרונים (ראה חומרים משלימים), ולכן צפוי שהעברת חורים תהיה מהירה יותר מהעברת אלקטרונים.

תמונה מיקרוסקופית מלאה של העברת המטען האסימטרית האולטרה-מהירה שנצפתה צריכה, עם זאת, להתחשב גם בחפיפה בין האורביטלים המרכיבים את פונקציית הגל A-אקסיטון ב-WS2 ובפס π של גרפן, בהתאמה, ערוצי פיזור שונים של אלקטרון-אלקטרון ואלקטרון-פונון, כולל האילוצים המוטלים על ידי תנע, אנרגיה, ספין ושימור פסאודו-ספין, השפעת תנודות פלזמה (33), כמו גם את תפקידה של עירור עקירה אפשרי של תנודות פונון קוהרנטיות שעשויות לתווך את העברת המטען (34, 35). כמו כן, ניתן לשער האם מצב העברת המטען שנצפה מורכב מאקסיטוני העברת מטען או מזוגות אלקטרון-חור חופשיים (ראה חומרים משלימים). נדרשות חקירות תיאורטיות נוספות החורגות מתחום המאמר הנוכחי כדי להבהיר סוגיות אלו.

לסיכום, השתמשנו ב-tr-ARPES כדי לחקור העברת מטען אולטרה-מהירה בין-שכבתית בהטרו-מבנה אפיטקסיאלי של WS2/גרפן. מצאנו שכאשר החורים מעוררים בתהודה לאקסיטון A של WS2 ב-2 eV, החורים המעוררים בפוטו עוברים במהירות לשכבת הגרפן בעוד שהאלקטרונים המעוררים בפוטו נשארים בשכבת WS2. ייחסנו זאת לעובדה שמספר המצבים הסופיים הזמינים להעברת חורים גדול יותר מאשר להעברת אלקטרונים. אורך החיים של המצב החולף המופרד במטען נמצא כ-1 ps. בשילוב עם עירור אופטי סלקטיבי לספין באמצעות אור מקוטב מעגלי (22-25), העברת המטען האולטרה-מהירה שנצפתה עשויה להיות מלווה בהעברת ספין. במקרה זה, ההטרו-מבנה הנחקר של WS2/גרפן עשוי לשמש להזרקת ספין אופטית יעילה לגרפן, וכתוצאה מכך להתקנים אופטוספינטרוניים חדשים.

דגימות הגרפן גודלו על פרוסות מסחריות מוליכות למחצה 6H-SiC(0001) מתוצרת SiCrystal GmbH. הפרוסות המסוממות ב-N היו על הציר עם חיתוך מוטעה מתחת ל-0.5°. מצע ה-SiC עבר חריטה במימן כדי להסיר שריטות ולקבל טרסות שטוחות וסדירות. לאחר מכן, המשטח הנקי והשטוח מבחינה אטומית עם הסיליקון עבר גרפיטיזציה על ידי חישול הדגימה באטמוספרת ארדן בטמפרטורה של 1300°C למשך 8 דקות (36). בדרך זו, קיבלנו שכבת פחמן אחת שבה כל אטום פחמן שלישי יצר קשר קוולנטי למצע ה-SiC (37). לאחר מכן, שכבה זו הפכה לגרפן מסומם חורים קוואזי עצמאי, הכלאי לחלוטין עם sp2, באמצעות אינטרקלציה של מימן (38). דגימות אלו מכונות גרפן/H-SiC(0001). התהליך כולו בוצע בתא גידול מסחרי של Black Magic מתוצרת Aixtron. גידול WS2 בוצע בכור סטנדרטי בעל דופן חמה על ידי שיקוע אדים כימי בלחץ נמוך (39, 40) תוך שימוש באבקות WO3 ו-S ביחס מסה של 1:100 כמקורות. אבקות WO3 ו-S נשמרו בטמפרטורה של 900 ו-200 מעלות צלזיוס, בהתאמה. אבקת WO3 הונחה קרוב למצע. ארגון שימש כגז נשא עם זרימה של 8 sccm. הלחץ בכור נשמר על 0.5 מיליבר. הדגימות אופיינו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים משני, מיקרוסקופ כוח אטומי, ספקטרוסקופיית ראמאן ופוטולומינסנציה, וכן דיפרקציית אלקטרונים באנרגיה נמוכה. מדידות אלו חשפו שני דומיינים חד-גבישיים שונים של WS2 שבהם כיוון ΓK או כיוון ΓK' מיושרים עם כיוון ΓK של שכבת הגרפן. אורכי צד הדומיינים נעו בין 300 ל-700 ננומטר, וכיסוי WS2 הכולל הוערך בכ-40%, מתאים לניתוח ARPES.

ניסויי ARPES הסטטיים בוצעו באמצעות מנתח חצי כדורי (SPECS PHOIBOS 150) תוך שימוש במערכת גלאי מצומדי מטען לגילוי דו-ממדי של אנרגיית אלקטרונים ותנע. קרינת He Iα מונוכרומטית ולא מקוטבת (21.2 eV) ממקור פריקת He בעל שטף גבוה (VG Scienta VUV5000) שימשה לכל ניסויי הפוטו-אמיסיה. האנרגיה והרזולוציה הזוויתית בניסויים שלנו היו טובות מ-30 meV ו-0.3° (המקביל ל-0.01 Å−1), בהתאמה. כל הניסויים נערכו בטמפרטורת החדר. ARPES היא טכניקה רגישה ביותר לפני השטח. כדי לפלוט פוטואלקטרונים הן משכבת ​​WS2 והן משכבת ​​הגרפן, נעשה שימוש בדגימות עם כיסוי WS2 לא שלם של כ-40%.

מערך ה-tr-ARPES התבסס על מגבר טיטניום:ספיר בתדר 1 קילו-הרץ (Coherent Legend Elite Duo). 2 mJ של הספק פלט שימשו ליצירת הרמוניות גבוהות בארגון. האור האולטרה סגול הקיצוני שנוצר עבר דרך מונוכרומטור סורג והפיק פולסי גשש של 100 fs באנרגיית פוטון של 26 eV. 8 mJ של הספק פלט של המגבר נשלחו למגבר פרמטרי אופטי (HE-TOPAS מבית Light Conversion). קרן האות באנרגיית פוטון של 1 eV הוכפלה בתדר בגביש בטא-בריום בוראט כדי לקבל פולסי משאבה של 2 eV. מדידות ה-tr-ARPES בוצעו באמצעות מנתח חצי כדורי (SPECS PHOIBOS 100). האנרגיה הכוללת והרזולוציה הזמנית היו 240 meV ו-200 fs, בהתאמה.

חומר משלים למאמר זה זמין בכתובת http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/20/eaay0761/DC1

זהו מאמר גישה פתוחה המופץ תחת תנאי רישיון Creative Commons Attribution-NonCommercial, המאפשר שימוש, הפצה ורבייה בכל מדיום, כל עוד השימוש הנובע מכך אינו למטרות מסחריות ובתנאי שהיצירה המקורית מצוטטת כראוי.

הערה: אנו מבקשים את כתובת הדוא"ל שלך רק כדי שהאדם שאליו אתה ממליץ על הדף ידע שרצית שהוא יראה אותו, ושלא מדובר בדואר זבל. איננו אוספים אף כתובת דוא"ל.

שאלה זו נועדה לבדיקת האם אתה מבקר אנושי ולמניעת שליחת ספאם אוטומטית.

מאת סוון איישלימן, אנטוניו רוסי, מריאנה צ'אבס-סרוונטס, רזבן קראוזה, בניטו ארנולדי, בנג'מין סטאדטמולר, מרטין אייסלימן, סטיבן פורטי, פיליפו פברי, קמילה קולטי, איזבלה גירז

אנו חושפים הפרדת מטען אולטרה-מהירה במבנה הטרוגני של WS2/גרפן, דבר שעשוי לאפשר הזרקת ספין אופטי לגרפן.

מאת סוון איישלימן, אנטוניו רוסי, מריאנה צ'אבס-סרוונטס, רזבן קראוזה, בניטו ארנולדי, בנג'מין סטאדטמולר, מרטין אייסלימן, סטיבן פורטי, פיליפו פברי, קמילה קולטי, איזבלה גירז

אנו חושפים הפרדת מטען אולטרה-מהירה במבנה הטרוגני של WS2/גרפן, דבר שעשוי לאפשר הזרקת ספין אופטי לגרפן.

© 2020 האגודה האמריקאית לקידום המדע. כֹּל הַזְכוּיוֹת שְׁמוּרוֹת. AAAS הוא שותף של HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ו-COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.