ಏಕಪದರ WS2 ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ನಿಂದ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ನಲ್ಲಿ ಅಲ್ಟ್ರಾಫಾಸ್ಟ್ ಚಾರ್ಜ್ ವರ್ಗಾವಣೆಯನ್ನು ತನಿಖೆ ಮಾಡಲು ನಾವು ಸಮಯ ಮತ್ತು ಕೋನ-ಪರಿಹರಿಸಿದ ಫೋಟೊಎಮಿಷನ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ (tr-ARPES) ಅನ್ನು ಬಳಸುತ್ತೇವೆ. ಈ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ ಬಲವಾದ ಸ್ಪಿನ್-ಆರ್ಬಿಟ್ ಜೋಡಣೆಯೊಂದಿಗೆ ನೇರ-ಅಂತರದ ಅರೆವಾಹಕದ ಪ್ರಯೋಜನಗಳನ್ನು ಮತ್ತು ಅತ್ಯಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಚಲನಶೀಲತೆ ಮತ್ತು ದೀರ್ಘ ಸ್ಪಿನ್ ಜೀವಿತಾವಧಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಸೆಮಿಮೆಟಲ್ ಹೋಸ್ಟಿಂಗ್ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿರಹಿತ ವಾಹಕಗಳೊಂದಿಗೆ ಬಲವಾದ ಬೆಳಕಿನ-ದ್ರವ್ಯದ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸುತ್ತದೆ. WS2 ನಲ್ಲಿ A-ಎಕ್ಸಿಟಾನ್ಗೆ ಅನುರಣನದಲ್ಲಿ ಫೋಟೋಎಕ್ಸಿಟೆಡ್ ನಂತರ, ಫೋಟೋಎಕ್ಸಿಟೆಡ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು WS2 ಪದರದಲ್ಲಿ ಉಳಿಯುವಾಗ ಫೋಟೋಎಕ್ಸಿಟೆಡ್ ರಂಧ್ರಗಳು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಪದರಕ್ಕೆ ವೇಗವಾಗಿ ವರ್ಗಾವಣೆಯಾಗುತ್ತವೆ ಎಂದು ನಾವು ಕಂಡುಕೊಂಡಿದ್ದೇವೆ. ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಚಾರ್ಜ್-ಬೇರ್ಪಡಿಸಿದ ಅಸ್ಥಿರ ಸ್ಥಿತಿಯು ~1 ps ಜೀವಿತಾವಧಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದು ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ARPES ನಿಂದ ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸಿದಂತೆ WS2 ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಜೋಡಣೆಯಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್ ಹಂತದ ಜಾಗದಲ್ಲಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳಿಗೆ ನಾವು ನಮ್ಮ ಸಂಶೋಧನೆಗಳನ್ನು ಕಾರಣವೆಂದು ಹೇಳುತ್ತೇವೆ. ಸ್ಪಿನ್-ಸೆಲೆಕ್ಟಿವ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪ್ರಚೋದನೆಯೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜನೆಯಲ್ಲಿ, ತನಿಖೆ ಮಾಡಲಾದ WS2/ಗ್ರಾಫೀನ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ಗೆ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸ್ಪಿನ್ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ಗೆ ವೇದಿಕೆಯನ್ನು ಒದಗಿಸಬಹುದು.
ಅನೇಕ ವಿಭಿನ್ನ ದ್ವಿ-ಆಯಾಮದ ವಸ್ತುಗಳ ಲಭ್ಯತೆಯು, ಸೂಕ್ತವಾದ ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಸ್ಕ್ರೀನಿಂಗ್ ಮತ್ತು ವಿವಿಧ ಸಾಮೀಪ್ಯ-ಪ್ರೇರಿತ ಪರಿಣಾಮಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಹೊಸ ಕಾರ್ಯಚಟುವಟಿಕೆಗಳೊಂದಿಗೆ ನವೀನ, ಅಂತಿಮವಾಗಿ ತೆಳುವಾದ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ಗಳನ್ನು ರಚಿಸುವ ಸಾಧ್ಯತೆಯನ್ನು ತೆರೆದಿದೆ (1–3). ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಭವಿಷ್ಯದ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಿಗಾಗಿ ತತ್ವ-ಪ್ರಮಾಣದ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಅರಿತುಕೊಳ್ಳಲಾಗಿದೆ (4–6).
ಇಲ್ಲಿ, ನಾವು ಏಕಪದರ WS2 ಅನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವ್ಯಾನ್ ಡೆರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ಗಳ ಮೇಲೆ ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸುತ್ತೇವೆ, ಇದು ಬಲವಾದ ಸ್ಪಿನ್-ಆರ್ಬಿಟ್ ಜೋಡಣೆ ಮತ್ತು ಮುರಿದ ವಿಲೋಮ ಸಮ್ಮಿತಿಯಿಂದಾಗಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ ರಚನೆಯ ಗಣನೀಯ ಸ್ಪಿನ್ ವಿಭಜನೆಯೊಂದಿಗೆ ನೇರ-ಅಂತರದ ಅರೆವಾಹಕವಾಗಿದೆ (7), ಮತ್ತು ಹೈಡ್ರೋಜನ್-ಟರ್ಮಿನೇಟೆಡ್ SiC (0001) ಮೇಲೆ ಬೆಳೆದ ಶಂಕುವಿನಾಕಾರದ ಬ್ಯಾಂಡ್ ರಚನೆ ಮತ್ತು ಅತ್ಯಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ವಾಹಕ ಚಲನಶೀಲತೆ (8) ಹೊಂದಿರುವ ಸೆಮಿಲೋಹವಾದ ಏಕಪದರ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್. ಅಲ್ಟ್ರಾಫಾಸ್ಟ್ ಚಾರ್ಜ್ ವರ್ಗಾವಣೆ (9–15) ಮತ್ತು ಸಾಮೀಪ್ಯ-ಪ್ರೇರಿತ ಸ್ಪಿನ್-ಆರ್ಬಿಟ್ ಜೋಡಣೆ ಪರಿಣಾಮಗಳಿಗೆ (16–18) ಮೊದಲ ಸೂಚನೆಗಳು WS2/ಗ್ರಾಫೀನ್ ಮತ್ತು ಅಂತಹುದೇ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ಗಳು ಭವಿಷ್ಯದ ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ (19) ಮತ್ತು ಆಪ್ಟೊಸ್ಪಿಂಟ್ರೋನಿಕ್ (20) ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಿಗೆ ಅಭ್ಯರ್ಥಿಗಳನ್ನು ಭರವಸೆ ನೀಡುತ್ತವೆ.
WS2/ಗ್ರಾಫೀನ್ನಲ್ಲಿ ಸಮಯ ಮತ್ತು ಕೋನ-ಪರಿಹರಿಸಿದ ಫೋಟೊಎಮಿಷನ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ (tr-ARPES) ಬಳಸಿ ಫೋಟೊಜನರೇಟೆಡ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್-ಹೋಲ್ ಜೋಡಿಗಳ ವಿಶ್ರಾಂತಿ ಮಾರ್ಗಗಳನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸಲು ನಾವು ಹೊರಟಿದ್ದೇವೆ. ಆ ಉದ್ದೇಶಕ್ಕಾಗಿ, WS2 (21, 12) ನಲ್ಲಿ A-ಎಕ್ಸಿಟಾನ್ಗೆ ಅನುರಣಿಸುವ 2-eV ಪಂಪ್ ಪಲ್ಸ್ಗಳೊಂದಿಗೆ ನಾವು ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ ಅನ್ನು ಪ್ರಚೋದಿಸುತ್ತೇವೆ ಮತ್ತು 26-eV ಫೋಟಾನ್ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಎರಡನೇ ಸಮಯ-ವಿಳಂಬಿತ ಪ್ರೋಬ್ ಪಲ್ಸ್ನೊಂದಿಗೆ ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಹೊರಹಾಕುತ್ತೇವೆ. ಆವೇಗ-, ಶಕ್ತಿ- ಮತ್ತು ಸಮಯ-ಪರಿಹರಿಸಿದ ವಾಹಕ ಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್ಗೆ ಪ್ರವೇಶವನ್ನು ಪಡೆಯಲು ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ವಿಳಂಬದ ಕಾರ್ಯವಾಗಿ ಅರ್ಧಗೋಳದ ವಿಶ್ಲೇಷಕದೊಂದಿಗೆ ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಚಲನ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆ ಕೋನವನ್ನು ನಾವು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತೇವೆ. ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಸಮಯದ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ಕ್ರಮವಾಗಿ 240 meV ಮತ್ತು 200 fs ಆಗಿದೆ.
ನಮ್ಮ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಆಗಿ ಜೋಡಿಸಲಾದ ಪದರಗಳ ನಡುವಿನ ಅಲ್ಟ್ರಾಫಾಸ್ಟ್ ಚಾರ್ಜ್ ವರ್ಗಾವಣೆಗೆ ನೇರ ಪುರಾವೆಗಳನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತವೆ, ಪದರಗಳ ಅನಿಯಂತ್ರಿತ ಅಜಿಮುತಲ್ ಜೋಡಣೆಯೊಂದಿಗೆ ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಹಸ್ತಚಾಲಿತವಾಗಿ ಜೋಡಿಸಲಾದ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ಗಳಲ್ಲಿ ಎಲ್ಲಾ-ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ತಂತ್ರಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಮೊದಲ ಸೂಚನೆಗಳನ್ನು ದೃಢಪಡಿಸುತ್ತವೆ (9–15). ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಈ ಚಾರ್ಜ್ ವರ್ಗಾವಣೆಯು ಹೆಚ್ಚು ಅಸಮ್ಮಿತವಾಗಿದೆ ಎಂದು ನಾವು ತೋರಿಸುತ್ತೇವೆ. ನಮ್ಮ ಅಳತೆಗಳು WS2 ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಪದರದಲ್ಲಿ ಕ್ರಮವಾಗಿ ಫೋಟೊಎಕ್ಸೈಟೆಡ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳೊಂದಿಗೆ ಹಿಂದೆ ಗಮನಿಸದ ಚಾರ್ಜ್-ಬೇರ್ಪಡಿಸಿದ ಅಸ್ಥಿರ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸುತ್ತವೆ, ಅದು ~1 ps ವರೆಗೆ ಜೀವಿಸುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ARPES ನಿಂದ ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸಿದಂತೆ WS2 ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಜೋಡಣೆಯಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ರಂಧ್ರ ವರ್ಗಾವಣೆಗೆ ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್ ಹಂತದ ಜಾಗದಲ್ಲಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳ ಪರಿಭಾಷೆಯಲ್ಲಿ ನಾವು ನಮ್ಮ ಸಂಶೋಧನೆಗಳನ್ನು ಅರ್ಥೈಸುತ್ತೇವೆ. ಸ್ಪಿನ್- ಮತ್ತು ವ್ಯಾಲಿ-ಸೆಲೆಕ್ಟಿವ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪ್ರಚೋದನೆ (22–25) ನೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸಲ್ಪಟ್ಟ WS2/ಗ್ರಾಫೀನ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ಗಳು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ಗೆ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಅಲ್ಟ್ರಾಫಾಸ್ಟ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸ್ಪಿನ್ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ಗಾಗಿ ಹೊಸ ವೇದಿಕೆಯನ್ನು ಒದಗಿಸಬಹುದು.
ಚಿತ್ರ 1A ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ WS2/ಗ್ರಾಫೀನ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ನ ΓK-ದಿಕ್ಕಿನ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ಬ್ಯಾಂಡ್ ರಚನೆಯ ಹೀಲಿಯಂ ದೀಪದಿಂದ ಪಡೆದ ಹೆಚ್ಚಿನ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ARPES ಮಾಪನವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಡೈರಾಕ್ ಕೋನ್ ಅನ್ನು ರಂಧ್ರ-ಡೋಪ್ ಮಾಡಲಾಗಿದ್ದು, ಡೈರಾಕ್ ಬಿಂದುವು ಸಮತೋಲನ ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಕ್ಕಿಂತ ~0.3 eV ಮೇಲಿರುತ್ತದೆ. ಸ್ಪಿನ್-ಸ್ಪ್ಲಿಟ್ WS2 ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಮೇಲ್ಭಾಗವು ಸಮತೋಲನ ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಕ್ಕಿಂತ ~1.2 eV ಕೆಳಗೆ ಇರುವುದು ಕಂಡುಬಂದಿದೆ.
(A) ಧ್ರುವೀಕರಿಸದ ಹೀಲಿಯಂ ದೀಪದೊಂದಿಗೆ ΓK-ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಅಳೆಯಲಾದ ಸಮತೋಲನ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಪ್ರವಾಹ. (B) 26-eV ಫೋಟಾನ್ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿ p-ಧ್ರುವೀಕರಿಸಿದ ತೀವ್ರ ನೇರಳಾತೀತ ಪಲ್ಸ್ಗಳೊಂದಿಗೆ ಅಳೆಯಲಾದ ನಕಾರಾತ್ಮಕ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ವಿಳಂಬಕ್ಕಾಗಿ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಪ್ರವಾಹ. ಡ್ಯಾಶ್ ಮಾಡಿದ ಬೂದು ಮತ್ತು ಕೆಂಪು ರೇಖೆಗಳು ಚಿತ್ರ 2 ರಲ್ಲಿ ಅಸ್ಥಿರ ಗರಿಷ್ಠ ಸ್ಥಾನಗಳನ್ನು ಹೊರತೆಗೆಯಲು ಬಳಸುವ ರೇಖೆಯ ಪ್ರೊಫೈಲ್ಗಳ ಸ್ಥಾನವನ್ನು ಗುರುತಿಸುತ್ತವೆ. (C) 2 mJ/cm2 ಪಂಪ್ ಫ್ಲೂಯೆನ್ಸ್ನೊಂದಿಗೆ 2 eV ಯ ಪಂಪ್ ಫೋಟಾನ್ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಫೋಟೋಎಕ್ಸಿಟೇಷನ್ ನಂತರ 200 fs ಫೋಟೊಕರೆಂಟ್ನ ಪಂಪ್-ಪ್ರೇರಿತ ಬದಲಾವಣೆಗಳು. ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕಗಳ ಲಾಭ ಮತ್ತು ನಷ್ಟವನ್ನು ಕ್ರಮವಾಗಿ ಕೆಂಪು ಮತ್ತು ನೀಲಿ ಬಣ್ಣಗಳಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಚಿತ್ರ 3 ರಲ್ಲಿ ಪ್ರದರ್ಶಿಸಲಾದ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ಕುರುಹುಗಳಿಗೆ ಏಕೀಕರಣದ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಪೆಟ್ಟಿಗೆಗಳು ಸೂಚಿಸುತ್ತವೆ.
ಪಂಪ್ ಪಲ್ಸ್ ಬರುವ ಮೊದಲು ಋಣಾತ್ಮಕ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ವಿಳಂಬದಲ್ಲಿ 26-eV ಫೋಟಾನ್ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿ 100-fs ತೀವ್ರ ನೇರಳಾತೀತ ಪಲ್ಸ್ಗಳೊಂದಿಗೆ ಅಳೆಯಲಾದ WS2 ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ K-ಪಾಯಿಂಟ್ಗಳಿಗೆ ಹತ್ತಿರವಿರುವ ಬ್ಯಾಂಡ್ ರಚನೆಯ tr-ARPES ಸ್ನ್ಯಾಪ್ಶಾಟ್ ಅನ್ನು ಚಿತ್ರ 1B ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಇಲ್ಲಿ, ಮಾದರಿ ಅವನತಿ ಮತ್ತು 2-eV ಪಂಪ್ ಪಲ್ಸ್ ಇರುವಿಕೆಯಿಂದಾಗಿ ಸ್ಪಿನ್ ವಿಭಜನೆಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ, ಇದು ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಲ್ ವೈಶಿಷ್ಟ್ಯಗಳ ಸ್ಥಳ ಚಾರ್ಜ್ ವಿಸ್ತರಣೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಗರಿಷ್ಠ ಮಟ್ಟವನ್ನು ತಲುಪುವ 200 fs ನ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ವಿಳಂಬದಲ್ಲಿ ಚಿತ್ರ 1B ಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಫೋಟೊಕರೆಂಟ್ನ ಪಂಪ್-ಪ್ರೇರಿತ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರ 1C ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಕೆಂಪು ಮತ್ತು ನೀಲಿ ಬಣ್ಣಗಳು ಕ್ರಮವಾಗಿ ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಲಾಭ ಮತ್ತು ನಷ್ಟವನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತವೆ.
ಈ ಶ್ರೀಮಂತ ಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್ ಅನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ವಿವರವಾಗಿ ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಲು, ನಾವು ಮೊದಲು ಚಿತ್ರ 1B ಯಲ್ಲಿ ಡ್ಯಾಶ್ ಮಾಡಿದ ರೇಖೆಗಳ ಉದ್ದಕ್ಕೂ WS2 ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಅಸ್ಥಿರ ಪೀಕ್ ಸ್ಥಾನಗಳನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತೇವೆ, ಪೂರಕ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳಲ್ಲಿ ವಿವರವಾಗಿ ವಿವರಿಸಿದಂತೆ. WS2 ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ 90 meV (ಚಿತ್ರ 2A) ರಷ್ಟು ಮೇಲಕ್ಕೆ ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ 50 meV ರಷ್ಟು ಕೆಳಕ್ಕೆ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಾವು ಕಂಡುಕೊಂಡಿದ್ದೇವೆ (ಚಿತ್ರ 2B). ಈ ಶಿಫ್ಟ್ಗಳ ಘಾತೀಯ ಜೀವಿತಾವಧಿಯು WS2 ನ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗೆ 1.2 ± 0.1 ps ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ಗೆ 1.7 ± 0.3 ps ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿದೆ. ಈ ಶಿಫ್ಟ್ಗಳು ಎರಡು ಪದರಗಳ ಅಸ್ಥಿರ ಚಾರ್ಜಿಂಗ್ನ ಮೊದಲ ಪುರಾವೆಗಳನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತವೆ, ಅಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಧನಾತ್ಮಕ (ಋಣಾತ್ಮಕ) ಚಾರ್ಜ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸ್ಥಿತಿಗಳ ಬಂಧಕ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ (ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ). ಚಿತ್ರ 1C ಯಲ್ಲಿ ಕಪ್ಪು ಪೆಟ್ಟಿಗೆಯಿಂದ ಗುರುತಿಸಲಾದ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಪ್ರಮುಖ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ಸಿಗ್ನಲ್ಗೆ WS2 ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಅಪ್ಶಿಫ್ಟ್ ಕಾರಣವಾಗಿದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಗಮನಿಸಿ.
ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ವಿಳಂಬ ಮತ್ತು ಘಾತೀಯ ಫಿಟ್ಗಳ (ದಪ್ಪ ರೇಖೆಗಳು) ಕಾರ್ಯವಾಗಿ WS2 ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ (A) ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ (B) ನ ಗರಿಷ್ಠ ಸ್ಥಾನದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆ. (A) ನಲ್ಲಿ WS2 ಶಿಫ್ಟ್ನ ಜೀವಿತಾವಧಿ 1.2 ± 0.1 ps ಆಗಿದೆ. (B) ನಲ್ಲಿ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಶಿಫ್ಟ್ನ ಜೀವಿತಾವಧಿ 1.7 ± 0.3 ps ಆಗಿದೆ.
ಮುಂದೆ, ನಾವು ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಅನ್ನು ಚಿತ್ರ 1C ಯಲ್ಲಿ ಬಣ್ಣದ ಪೆಟ್ಟಿಗೆಗಳಿಂದ ಸೂಚಿಸಲಾದ ಪ್ರದೇಶಗಳ ಮೇಲೆ ಸಂಯೋಜಿಸುತ್ತೇವೆ ಮತ್ತು ಫಲಿತಾಂಶದ ಎಣಿಕೆಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರ 3 ರಲ್ಲಿ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ವಿಳಂಬದ ಕಾರ್ಯವಾಗಿ ರೂಪಿಸುತ್ತೇವೆ. ಚಿತ್ರ 3 ರಲ್ಲಿನ ಕರ್ವ್ 1 ಡೇಟಾಗೆ ಘಾತೀಯ ಫಿಟ್ನಿಂದ ಪಡೆದ 1.1 ± 0.1 ps ಜೀವಿತಾವಧಿಯೊಂದಿಗೆ WS2 ಪದರದ ವಹನ ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಕೆಳಭಾಗಕ್ಕೆ ಹತ್ತಿರವಿರುವ ಫೋಟೋಎಕ್ಸೈಟೆಡ್ ಕ್ಯಾರಿಯರ್ಗಳ ಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್ ಅನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ನೋಡಿ).
ಚಿತ್ರ 1C ಯಲ್ಲಿನ ಪೆಟ್ಟಿಗೆಗಳಿಂದ ಸೂಚಿಸಲಾದ ಪ್ರದೇಶದ ಮೇಲೆ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕವನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸುವ ಮೂಲಕ ಪಡೆದ ವಿಳಂಬದ ಕಾರ್ಯವಾಗಿ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ಕುರುಹುಗಳು. ದಪ್ಪ ರೇಖೆಗಳು ಡೇಟಾಗೆ ಘಾತೀಯವಾಗಿ ಹೊಂದಿಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಕರ್ವ್ (1) WS2 ನ ವಹನ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿ ಅಸ್ಥಿರ ವಾಹಕ ಜನಸಂಖ್ಯೆ. ಕರ್ವ್ (2) ಸಮತೋಲನ ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಕ್ಕಿಂತ ಮೇಲಿರುವ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ನ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ಸಿಗ್ನಲ್. ಕರ್ವ್ (3) ಸಮತೋಲನ ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಕ್ಕಿಂತ ಕೆಳಗಿರುವ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ನ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ಸಿಗ್ನಲ್. ಕರ್ವ್ (4) WS2 ನ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿ ನಿವ್ವಳ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ಸಿಗ್ನಲ್. ಜೀವಿತಾವಧಿಗಳು (1) ರಲ್ಲಿ 1.2 ± 0.1 ps), 180 ± 20 fs (ಗಳಿಕೆ) ಮತ್ತು ~2 ps (ನಷ್ಟ) ರಲ್ಲಿ (2), ಮತ್ತು 1.8 ± 0.2 ps (3) ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿದೆ.
ಚಿತ್ರ 3 ರ ವಕ್ರಾಕೃತಿಗಳು 2 ಮತ್ತು 3 ರಲ್ಲಿ, ನಾವು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಅನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತೇವೆ. ಸಮತೋಲನ ರಾಸಾಯನಿಕ ವಿಭವಕ್ಕಿಂತ (ಚಿತ್ರ 3 ರಲ್ಲಿ ವಕ್ರಾಕೃತಿ 2) ಮೇಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಲಾಭವು ಸಮತೋಲನ ರಾಸಾಯನಿಕ ವಿಭವಕ್ಕಿಂತ (ವಕ್ರಾಕೃತಿ 3 ರಲ್ಲಿ 1.8 ± 0.2 ps) ಕೆಳಗಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ನಷ್ಟಕ್ಕೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಹೆಚ್ಚು ಕಡಿಮೆ ಜೀವಿತಾವಧಿಯನ್ನು (180 ± 20 fs) ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ನಾವು ಕಂಡುಕೊಂಡಿದ್ದೇವೆ. ಚಿತ್ರ 3 ರ ವಕ್ರಾಕೃತಿ 2 ರಲ್ಲಿ ದ್ಯುತಿಪ್ರವಾಹದ ಆರಂಭಿಕ ಲಾಭವು ~2 ps ಜೀವಿತಾವಧಿಯೊಂದಿಗೆ t = 400 fs ನಲ್ಲಿ ನಷ್ಟವಾಗಿ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿದೆ. ಲಾಭ ಮತ್ತು ನಷ್ಟದ ನಡುವಿನ ಅಸಿಮ್ಮೆಟ್ರಿಯು ತೆರೆದ ಏಕಪದರದ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ನ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ಸಿಗ್ನಲ್ನಲ್ಲಿ ಇರುವುದಿಲ್ಲ ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿದೆ (ಪೂರಕ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳಲ್ಲಿ ಚಿತ್ರ S5 ನೋಡಿ), ಇದು ಅಸಿಮ್ಮೆಟ್ರಿಯು WS2/ಗ್ರಾಫೀನ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ನಲ್ಲಿ ಇಂಟರ್ಲೇಯರ್ ಜೋಡಣೆಯ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಸಮತೋಲನ ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ ಮೇಲೆ ಮತ್ತು ಕೆಳಗಿನ ಅಲ್ಪಾವಧಿಯ ಲಾಭ ಮತ್ತು ದೀರ್ಘಾವಧಿಯ ನಷ್ಟದ ಅವಲೋಕನವು, ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ನ ಫೋಟೊಎಕ್ಸಿಟೇಷನ್ನ ಮೇಲೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಪದರದಿಂದ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ತೆಗೆದುಹಾಕಲಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಪದರವು ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತದೆ, ಇದು ಚಿತ್ರ 2B ನಲ್ಲಿ ಕಂಡುಬರುವ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಬಂಧಕ ಶಕ್ತಿಯ ಹೆಚ್ಚಳಕ್ಕೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ. π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಕೆಳಮುಖ ಬದಲಾವಣೆಯು ಸಮತೋಲನ ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ ಮೇಲಿನಿಂದ ಸಮತೋಲನ ಫೆರ್ಮಿ-ಡೈರಾಕ್ ವಿತರಣೆಯ ಹೆಚ್ಚಿನ-ಶಕ್ತಿಯ ಬಾಲವನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕುತ್ತದೆ, ಇದು ಚಿತ್ರ 3 ರ ಕರ್ವ್ 2 ರಲ್ಲಿ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ಸಿಗ್ನಲ್ನ ಚಿಹ್ನೆಯ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಭಾಗಶಃ ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ. π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಅಸ್ಥಿರ ನಷ್ಟದಿಂದ ಈ ಪರಿಣಾಮವು ಮತ್ತಷ್ಟು ವರ್ಧಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಾವು ಕೆಳಗೆ ತೋರಿಸುತ್ತೇವೆ.
ಈ ಸನ್ನಿವೇಶವನ್ನು ಚಿತ್ರ 3 ರ ಕರ್ವ್ 4 ರಲ್ಲಿ WS2 ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ನಿವ್ವಳ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಬೆಂಬಲಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಡೇಟಾವನ್ನು ಚಿತ್ರ 1B ಯಲ್ಲಿ ಕಪ್ಪು ಪೆಟ್ಟಿಗೆಯಿಂದ ನೀಡಲಾದ ಪ್ರದೇಶದ ಮೇಲಿನ ಎಣಿಕೆಗಳನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸುವ ಮೂಲಕ ಪಡೆಯಲಾಗಿದೆ, ಇದು ಎಲ್ಲಾ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ವಿಳಂಬಗಳಲ್ಲಿ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಿಂದ ಫೋಟೋಎಮಿಟ್ ಮಾಡಲಾದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಸೆರೆಹಿಡಿಯುತ್ತದೆ. ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ದೋಷ ಪಟ್ಟಿಗಳಲ್ಲಿ, ಯಾವುದೇ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ವಿಳಂಬಕ್ಕಾಗಿ WS2 ನ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿ ರಂಧ್ರಗಳ ಉಪಸ್ಥಿತಿಗೆ ನಮಗೆ ಯಾವುದೇ ಸೂಚನೆ ಕಂಡುಬರುವುದಿಲ್ಲ. ಇದು ಫೋಟೋಎಕ್ಸಿಟೇಶನ್ ನಂತರ, ಈ ರಂಧ್ರಗಳು ನಮ್ಮ ತಾತ್ಕಾಲಿಕ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಕಡಿಮೆ ಸಮಯದ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ವೇಗವಾಗಿ ಮರುಪೂರಣಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.
WS2/ಗ್ರಾಫೀನ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ನಲ್ಲಿ ಅತಿವೇಗದ ಚಾರ್ಜ್ ಬೇರ್ಪಡಿಕೆಯ ನಮ್ಮ ಊಹೆಗೆ ಅಂತಿಮ ಪುರಾವೆಯನ್ನು ಒದಗಿಸಲು, ಪೂರಕ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳಲ್ಲಿ ವಿವರವಾಗಿ ವಿವರಿಸಿದಂತೆ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಪದರಕ್ಕೆ ವರ್ಗಾಯಿಸಲಾದ ರಂಧ್ರಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ನಾವು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತೇವೆ. ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಅಸ್ಥಿರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ವಿತರಣೆಯನ್ನು ಫೆರ್ಮಿ-ಡೈರಾಕ್ ವಿತರಣೆಯೊಂದಿಗೆ ಅಳವಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ನಂತರ ರಂಧ್ರಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಅಸ್ಥಿರ ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ತಾಪಮಾನಕ್ಕಾಗಿ ಫಲಿತಾಂಶದ ಮೌಲ್ಯಗಳಿಂದ ಲೆಕ್ಕಹಾಕಲಾಗುತ್ತದೆ. ಫಲಿತಾಂಶವನ್ನು ಚಿತ್ರ 4 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. 1.5 ± 0.2 ps ನ ಘಾತೀಯ ಜೀವಿತಾವಧಿಯೊಂದಿಗೆ WS2 ನಿಂದ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ಗೆ ಒಟ್ಟು ~5 × 1012 ರಂಧ್ರಗಳು/cm2 ವರ್ಗಾಯಿಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ ಎಂದು ನಾವು ಕಂಡುಕೊಂಡಿದ್ದೇವೆ.
ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ವಿಳಂಬದ ಕಾರ್ಯವಾಗಿ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿನ ರಂಧ್ರಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆ ಮತ್ತು ಘಾತೀಯ ಫಿಟ್ನೊಂದಿಗೆ 1.5 ± 0.2 ps ಜೀವಿತಾವಧಿಯನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ.
ಚಿತ್ರ 2 ರಿಂದ 4 ರವರೆಗಿನ ಸಂಶೋಧನೆಗಳಿಂದ, WS2/ಗ್ರಾಫೀನ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ನಲ್ಲಿ ಅತಿವೇಗದ ಚಾರ್ಜ್ ವರ್ಗಾವಣೆಗೆ ಈ ಕೆಳಗಿನ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಚಿತ್ರ ಹೊರಹೊಮ್ಮುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 5). 2 eV ನಲ್ಲಿರುವ WS2/ಗ್ರಾಫೀನ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ನ ಫೋಟೋಎಕ್ಸಿಟೇಶನ್ WS2 ನಲ್ಲಿ A-ಎಕ್ಸಿಟಾನ್ ಅನ್ನು ಪ್ರಧಾನವಾಗಿ ತುಂಬುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 5A). ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ನಲ್ಲಿ ಡೈರಾಕ್ ಬಿಂದುವಿನಾದ್ಯಂತ ಹಾಗೂ WS2 ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳ ನಡುವೆ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಪ್ರಚೋದನೆಗಳು ಶಕ್ತಿಯುತವಾಗಿ ಸಾಧ್ಯ ಆದರೆ ಗಣನೀಯವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ. WS2 ನ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿರುವ ಫೋಟೋಎಕ್ಸಿಟೆಡ್ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ನಮ್ಮ ತಾತ್ಕಾಲಿಕ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಕಡಿಮೆ ಸಮಯದ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನಿಂದ ಹುಟ್ಟುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಿಂದ ಮರುಪೂರಣ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 5A). WS2 ನ ವಹನ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿರುವ ಫೋಟೋಎಕ್ಸಿಟೆಡ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ∼1 ps ಜೀವಿತಾವಧಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ (ಚಿತ್ರ 5B). ಆದಾಗ್ಯೂ, ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿರುವ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಪುನಃ ತುಂಬಿಸಲು ∼2 ps ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 5B). WS2 ವಹನ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ ನಡುವಿನ ನೇರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆಯನ್ನು ಹೊರತುಪಡಿಸಿ, ಪೂರ್ಣ ಚಲನಶೀಲತೆಯನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಹೆಚ್ಚುವರಿ ವಿಶ್ರಾಂತಿ ಮಾರ್ಗಗಳನ್ನು - ಬಹುಶಃ ದೋಷ ಸ್ಥಿತಿಗಳ ಮೂಲಕ (26) ಪರಿಗಣಿಸಬೇಕಾಗಿದೆ ಎಂದು ಇದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.
(A) 2 eV ನಲ್ಲಿ WS2 A-ಎಕ್ಸಿಟಾನ್ಗೆ ಅನುರಣನದಲ್ಲಿ ಫೋಟೋಎಕ್ಸಿಟೇಷನ್ WS2 ನ ವಹನ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಇಂಜೆಕ್ಟ್ ಮಾಡುತ್ತದೆ. WS2 ನ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿರುವ ಅನುಗುಣವಾದ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಿಂದ ತಕ್ಷಣವೇ ಮರುಪೂರಣ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. (B) WS2 ನ ವಹನ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿರುವ ಫೋಟೋಎಕ್ಸಿಟೆಡ್ ಕ್ಯಾರಿಯರ್ಗಳು ~1 ps ಜೀವಿತಾವಧಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿರುವ ರಂಧ್ರಗಳು ~2 ps ವರೆಗೆ ಜೀವಿಸುತ್ತವೆ, ಇದು ಡ್ಯಾಶ್ ಮಾಡಿದ ಬಾಣಗಳಿಂದ ಸೂಚಿಸಲಾದ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್ ಚಾನಲ್ಗಳ ಪ್ರಾಮುಖ್ಯತೆಯನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. (A) ಮತ್ತು (B) ನಲ್ಲಿರುವ ಕಪ್ಪು ಡ್ಯಾಶ್ ಮಾಡಿದ ರೇಖೆಗಳು ಬ್ಯಾಂಡ್ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಮತ್ತು ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತವೆ. (C) ಅಸ್ಥಿರ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ, ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಪದರವು ಧನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಚಾರ್ಜ್ ಆಗಿರುವಾಗ WS2 ಪದರವು ಋಣಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಚಾರ್ಜ್ ಆಗುತ್ತದೆ. ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಧ್ರುವೀಕೃತ ಬೆಳಕಿನೊಂದಿಗೆ ಸ್ಪಿನ್-ಆಯ್ದ ಪ್ರಚೋದನೆಗಾಗಿ, WS2 ನಲ್ಲಿರುವ ಫೋಟೋಎಕ್ಸಿಟೆಡ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ನಲ್ಲಿನ ಅನುಗುಣವಾದ ರಂಧ್ರಗಳು ವಿರುದ್ಧ ಸ್ಪಿನ್ ಧ್ರುವೀಕರಣವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ನಿರೀಕ್ಷಿಸಲಾಗಿದೆ.
ಅಸ್ಥಿರ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ, ಫೋಟೊಎಕ್ಸೈಟೆಡ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು WS2 ನ ವಹನ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿ ವಾಸಿಸುತ್ತವೆ, ಆದರೆ ಫೋಟೊಎಕ್ಸೈಟೆಡ್ ರಂಧ್ರಗಳು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ನ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿವೆ (ಚಿತ್ರ 5C). ಇದರರ್ಥ WS2 ಪದರವು ಋಣಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಚಾರ್ಜ್ ಆಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಪದರವು ಧನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಚಾರ್ಜ್ ಆಗುತ್ತದೆ. ಇದು ಅಸ್ಥಿರ ಪೀಕ್ ಶಿಫ್ಟ್ಗಳಿಗೆ (ಚಿತ್ರ 2), ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ಸಿಗ್ನಲ್ನ ಅಸಿಮ್ಮೆಟ್ರಿ (ಚಿತ್ರ 3 ರ ವಕ್ರಾಕೃತಿಗಳು 2 ಮತ್ತು 3), WS2 ನ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿ ರಂಧ್ರಗಳ ಅನುಪಸ್ಥಿತಿ (ವಕ್ರಾಕೃತಿ 4 ಚಿತ್ರ 3), ಹಾಗೆಯೇ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿನ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ರಂಧ್ರಗಳಿಗೆ (ಚಿತ್ರ 4) ಕಾರಣವಾಗಿದೆ. ಈ ಚಾರ್ಜ್-ಬೇರ್ಪಡಿಸಿದ ಸ್ಥಿತಿಯ ಜೀವಿತಾವಧಿ ~1 ps (ವಕ್ರಾಕೃತಿ 1 ಚಿತ್ರ 3).
ಟೈಪ್ II ಬ್ಯಾಂಡ್ ಜೋಡಣೆ ಮತ್ತು ಸ್ಟಾಗರ್ಡ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗ್ಯಾಪ್ (27–32) ಹೊಂದಿರುವ ಎರಡು ನೇರ-ಅಂತರದ ಅರೆವಾಹಕಗಳಿಂದ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟ ಸಂಬಂಧಿತ ವ್ಯಾನ್ ಡೆರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ಗಳಲ್ಲಿ ಇದೇ ರೀತಿಯ ಚಾರ್ಜ್-ಬೇರ್ಪಡಿಸಿದ ಅಸ್ಥಿರ ಸ್ಥಿತಿಗಳನ್ನು ಗಮನಿಸಲಾಗಿದೆ. ಫೋಟೋಎಕ್ಸಿಟೇಶನ್ ನಂತರ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳು ಕ್ರಮವಾಗಿ ವಹನ ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಕೆಳಭಾಗಕ್ಕೆ ಮತ್ತು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಮೇಲ್ಭಾಗಕ್ಕೆ ವೇಗವಾಗಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿದೆ, ಅವು ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ನ ವಿಭಿನ್ನ ಪದರಗಳಲ್ಲಿವೆ (27–32).
ನಮ್ಮ WS2/ಗ್ರಾಫೀನ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ನ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳೆರಡಕ್ಕೂ ಶಕ್ತಿಯುತವಾಗಿ ಅತ್ಯಂತ ಅನುಕೂಲಕರವಾದ ಸ್ಥಳವು ಲೋಹೀಯ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಪದರದಲ್ಲಿ ಫರ್ಮಿ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳು ಎರಡೂ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ಗೆ ವೇಗವಾಗಿ ವರ್ಗಾವಣೆಯಾಗುತ್ತವೆ ಎಂದು ಒಬ್ಬರು ನಿರೀಕ್ಷಿಸಬಹುದು. ಆದಾಗ್ಯೂ, ರಂಧ್ರ ವರ್ಗಾವಣೆ (<200 fs) ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆಗಿಂತ (~1 ps) ಹೆಚ್ಚು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿದೆ ಎಂದು ನಮ್ಮ ಅಳತೆಗಳು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ ತೋರಿಸುತ್ತವೆ. ಚಿತ್ರ 1A ನಲ್ಲಿ ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸಿದಂತೆ WS2 ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಶಕ್ತಿಯುತ ಜೋಡಣೆಗೆ ನಾವು ಇದನ್ನು ಕಾರಣವೆಂದು ಹೇಳುತ್ತೇವೆ, ಇದು ಇತ್ತೀಚೆಗೆ (14, 15) ನಿರೀಕ್ಷಿಸಿದಂತೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ರಂಧ್ರ ವರ್ಗಾವಣೆಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಲಭ್ಯವಿರುವ ಅಂತಿಮ ಸ್ಥಿತಿಗಳನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ∼2 eV WS2 ಬ್ಯಾಂಡ್ಗ್ಯಾಪ್ ಅನ್ನು ಊಹಿಸಿದರೆ, ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಡೈರಾಕ್ ಬಿಂದು ಮತ್ತು ಸಮತೋಲನ ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವು WS2 ಬ್ಯಾಂಡ್ಗ್ಯಾಪ್ನ ಮಧ್ಯದ ಮೇಲೆ ಕ್ರಮವಾಗಿ ∼0.5 ಮತ್ತು ∼0.2 eV ಇದೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್-ಹೋಲ್ ಸಮ್ಮಿತಿಯನ್ನು ಮುರಿಯುತ್ತದೆ. ರಂಧ್ರ ವರ್ಗಾವಣೆಗೆ ಲಭ್ಯವಿರುವ ಅಂತಿಮ ಸ್ಥಿತಿಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆಗಿಂತ ~6 ಪಟ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ ಎಂದು ನಾವು ಕಂಡುಕೊಂಡಿದ್ದೇವೆ (ಪೂರಕ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ನೋಡಿ), ಅದಕ್ಕಾಗಿಯೇ ರಂಧ್ರ ವರ್ಗಾವಣೆಯು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆಗಿಂತ ವೇಗವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಿರೀಕ್ಷಿಸಲಾಗಿದೆ.
ಆದಾಗ್ಯೂ, ಗಮನಿಸಿದ ಅಲ್ಟ್ರಾಫಾಸ್ಟ್ ಅಸಮ್ಮಿತ ಚಾರ್ಜ್ ವರ್ಗಾವಣೆಯ ಸಂಪೂರ್ಣ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಚಿತ್ರವು WS2 ನಲ್ಲಿ A-ಎಕ್ಸಿಟಾನ್ ತರಂಗ ಕಾರ್ಯವನ್ನು ರೂಪಿಸುವ ಕಕ್ಷೆಗಳು ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ π-ಬ್ಯಾಂಡ್ ನಡುವಿನ ಅತಿಕ್ರಮಣವನ್ನು ಕ್ರಮವಾಗಿ ಪರಿಗಣಿಸಬೇಕು, ಆವೇಗ, ಶಕ್ತಿ, ಸ್ಪಿನ್ ಮತ್ತು ಸ್ಯೂಡೋಸ್ಪಿನ್ ಸಂರಕ್ಷಣೆಯಿಂದ ವಿಧಿಸಲಾದ ನಿರ್ಬಂಧಗಳು, ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಆಂದೋಲನಗಳ ಪ್ರಭಾವ (33), ಹಾಗೆಯೇ ಚಾರ್ಜ್ ವರ್ಗಾವಣೆಯನ್ನು ಮಧ್ಯಸ್ಥಿಕೆ ವಹಿಸಬಹುದಾದ ಸುಸಂಬದ್ಧ ಫೋನಾನ್ ಆಂದೋಲನಗಳ ಸಂಭಾವ್ಯ ಸ್ಥಳಾಂತರ ಪ್ರಚೋದನೆಯ ಪಾತ್ರವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಂತೆ ವಿಭಿನ್ನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್-ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್-ಫೋನಾನ್ ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್ ಚಾನಲ್ಗಳು (34, 35). ಅಲ್ಲದೆ, ಗಮನಿಸಿದ ಚಾರ್ಜ್ ವರ್ಗಾವಣೆ ಸ್ಥಿತಿಯು ಚಾರ್ಜ್ ವರ್ಗಾವಣೆ ಎಕ್ಸಿಟಾನ್ಗಳನ್ನು ಅಥವಾ ಉಚಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್-ಹೋಲ್ ಜೋಡಿಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆಯೇ ಎಂದು ಊಹಿಸಬಹುದು (ಪೂರಕ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ನೋಡಿ). ಈ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಸ್ಪಷ್ಟಪಡಿಸಲು ಪ್ರಸ್ತುತ ಪತ್ರಿಕೆಯ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ಮೀರಿದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ತನಿಖೆಗಳು ಅಗತ್ಯವಿದೆ.
ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ WS2/ಗ್ರಾಫೀನ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ನಲ್ಲಿ ಅಲ್ಟ್ರಾಫಾಸ್ಟ್ ಇಂಟರ್ಲೇಯರ್ ಚಾರ್ಜ್ ವರ್ಗಾವಣೆಯನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲು ನಾವು tr-ARPES ಅನ್ನು ಬಳಸಿದ್ದೇವೆ. 2 eV ನಲ್ಲಿ WS2 ನ A-ಎಕ್ಸಿಟಾನ್ಗೆ ಅನುರಣನದಲ್ಲಿ ಉತ್ಸುಕರಾದಾಗ, ಫೋಟೋಎಕ್ಸಿಟೆಡ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು WS2 ಪದರದಲ್ಲಿ ಉಳಿಯುವಾಗ ಫೋಟೋಎಕ್ಸಿಟೆಡ್ ರಂಧ್ರಗಳು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಪದರಕ್ಕೆ ವೇಗವಾಗಿ ವರ್ಗಾವಣೆಯಾಗುತ್ತವೆ ಎಂದು ನಾವು ಕಂಡುಕೊಂಡಿದ್ದೇವೆ. ರಂಧ್ರ ವರ್ಗಾವಣೆಗೆ ಲಭ್ಯವಿರುವ ಅಂತಿಮ ಸ್ಥಿತಿಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆಗಿಂತ ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ ಎಂಬ ಅಂಶಕ್ಕೆ ನಾವು ಇದನ್ನು ಕಾರಣವೆಂದು ಹೇಳಿದ್ದೇವೆ. ಚಾರ್ಜ್-ಬೇರ್ಪಡಿಸಿದ ಅಸ್ಥಿರ ಸ್ಥಿತಿಯ ಜೀವಿತಾವಧಿ ~1 ps ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿದೆ. ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಧ್ರುವೀಕೃತ ಬೆಳಕನ್ನು (22–25) ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸ್ಪಿನ್-ಆಯ್ದ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪ್ರಚೋದನೆಯೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜನೆಯಲ್ಲಿ, ಗಮನಿಸಿದ ಅಲ್ಟ್ರಾಫಾಸ್ಟ್ ಚಾರ್ಜ್ ವರ್ಗಾವಣೆಯು ಸ್ಪಿನ್ ವರ್ಗಾವಣೆಯೊಂದಿಗೆ ಇರಬಹುದು. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ತನಿಖೆ ಮಾಡಲಾದ WS2/ಗ್ರಾಫೀನ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ ಅನ್ನು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ಗೆ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸ್ಪಿನ್ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ಗಾಗಿ ಬಳಸಬಹುದು, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ನವೀನ ಆಪ್ಟೋಸ್ಪಿಂಟ್ರೋನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳು ದೊರೆಯುತ್ತವೆ.
ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಮಾದರಿಗಳನ್ನು SiCrystal GmbH ನಿಂದ ವಾಣಿಜ್ಯ ಅರೆವಾಹಕ 6H-SiC(0001) ವೇಫರ್ಗಳ ಮೇಲೆ ಬೆಳೆಸಲಾಯಿತು. N-ಡೋಪ್ಡ್ ವೇಫರ್ಗಳು 0.5° ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಮಿಸ್ಕಟ್ ಹೊಂದಿರುವ ಆನ್-ಆಕ್ಸಿಸ್ ಆಗಿದ್ದವು. ಗೀರುಗಳನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕಲು ಮತ್ತು ನಿಯಮಿತ ಫ್ಲಾಟ್ ಟೆರೇಸ್ಗಳನ್ನು ಪಡೆಯಲು SiC ತಲಾಧಾರವನ್ನು ಹೈಡ್ರೋಜನ್-ಎಚ್ಚಣೆ ಮಾಡಲಾಯಿತು. ನಂತರ ಶುದ್ಧ ಮತ್ತು ಪರಮಾಣುವಾಗಿ ಸಮತಟ್ಟಾದ Si-ಟರ್ಮಿನೇಟೆಡ್ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು Ar ವಾತಾವರಣದಲ್ಲಿ 8 ನಿಮಿಷಗಳ ಕಾಲ 1300°C ನಲ್ಲಿ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಅನೀಲಿಂಗ್ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ಗ್ರಾಫಿಟೈಸ್ ಮಾಡಲಾಯಿತು (36). ಈ ರೀತಿಯಾಗಿ, ನಾವು ಒಂದೇ ಇಂಗಾಲದ ಪದರವನ್ನು ಪಡೆದುಕೊಂಡಿದ್ದೇವೆ, ಅಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿ ಮೂರನೇ ಇಂಗಾಲದ ಪರಮಾಣು SiC ತಲಾಧಾರಕ್ಕೆ ಕೋವೆಲನ್ಸಿಯ ಬಂಧವನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ (37). ನಂತರ ಈ ಪದರವನ್ನು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಇಂಟರ್ಕಲೇಷನ್ ಮೂಲಕ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ sp2-ಹೈಬ್ರಿಡೈಸ್ಡ್ ಅರೆ-ಮುಕ್ತ-ನಿಂತಿರುವ ಹೋಲ್-ಡೋಪ್ಡ್ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಆಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲಾಯಿತು (38). ಈ ಮಾದರಿಗಳನ್ನು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್/H-SiC(0001) ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇಡೀ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಐಕ್ಸ್ಟ್ರಾನ್ನಿಂದ ವಾಣಿಜ್ಯ ಬ್ಲ್ಯಾಕ್ ಮ್ಯಾಜಿಕ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಕೊಠಡಿಯಲ್ಲಿ ನಡೆಸಲಾಯಿತು. WS2 ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ಪ್ರಮಾಣಿತ ಬಿಸಿ-ಗೋಡೆಯ ರಿಯಾಕ್ಟರ್ನಲ್ಲಿ ಕಡಿಮೆ-ಒತ್ತಡದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಆವಿ ಶೇಖರಣೆಯ ಮೂಲಕ (39, 40) 1:100 ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಅನುಪಾತದೊಂದಿಗೆ WO3 ಮತ್ತು S ಪುಡಿಗಳನ್ನು ಪೂರ್ವಗಾಮಿಗಳಾಗಿ ಬಳಸಿ ನಡೆಸಲಾಯಿತು. WO3 ಮತ್ತು S ಪುಡಿಗಳನ್ನು ಕ್ರಮವಾಗಿ 900 ಮತ್ತು 200°C ನಲ್ಲಿ ಇರಿಸಲಾಯಿತು. WO3 ಪುಡಿಯನ್ನು ತಲಾಧಾರದ ಹತ್ತಿರ ಇರಿಸಲಾಯಿತು. ಆರ್ಗಾನ್ ಅನ್ನು 8 sccm ಹರಿವಿನೊಂದಿಗೆ ವಾಹಕ ಅನಿಲವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಯಿತು. ರಿಯಾಕ್ಟರ್ನಲ್ಲಿನ ಒತ್ತಡವನ್ನು 0.5 mbar ನಲ್ಲಿ ಇರಿಸಲಾಯಿತು. ಮಾದರಿಗಳನ್ನು ದ್ವಿತೀಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ, ಪರಮಾಣು ಬಲ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ, ರಾಮನ್ ಮತ್ತು ಫೋಟೊಲ್ಯುಮಿನೆಸೆನ್ಸ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ-ಶಕ್ತಿಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಡಿಫ್ರಾಕ್ಷನ್ನೊಂದಿಗೆ ನಿರೂಪಿಸಲಾಗಿದೆ. ಈ ಅಳತೆಗಳು ಎರಡು ವಿಭಿನ್ನ WS2 ಏಕ-ಸ್ಫಟಿಕ ಡೊಮೇನ್ಗಳನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸಿದವು, ಅಲ್ಲಿ ΓK- ಅಥವಾ ΓK'-ದಿಕ್ಕು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಪದರದ ΓK-ದಿಕ್ಕಿನೊಂದಿಗೆ ಜೋಡಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ. ಡೊಮೇನ್ ಸೈಡ್ ಉದ್ದಗಳು 300 ಮತ್ತು 700 nm ನಡುವೆ ಬದಲಾಗುತ್ತಿದ್ದವು ಮತ್ತು ಒಟ್ಟು WS2 ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ~40% ಗೆ ಅಂದಾಜು ಮಾಡಲಾಗಿದ್ದು, ಇದು ARPES ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಗೆ ಸೂಕ್ತವಾಗಿದೆ.
ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಆವೇಗದ ಎರಡು ಆಯಾಮದ ಪತ್ತೆಗಾಗಿ ಚಾರ್ಜ್-ಕಪಲ್ಡ್ ಸಾಧನ-ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಅರ್ಧಗೋಳದ ವಿಶ್ಲೇಷಕ (SPECS PHOIBOS 150) ದೊಂದಿಗೆ ಸ್ಥಿರ ARPES ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ನಡೆಸಲಾಯಿತು. ಎಲ್ಲಾ ಫೋಟೊಎಮಿಷನ್ ಪ್ರಯೋಗಗಳಿಗೆ ಹೈ-ಫ್ಲಕ್ಸ್ He ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜ್ ಮೂಲದ (VG Scienta VUV5000) ಧ್ರುವೀಕರಿಸದ, ಏಕವರ್ಣದ He Iα ವಿಕಿರಣವನ್ನು (21.2 eV) ಬಳಸಲಾಯಿತು. ನಮ್ಮ ಪ್ರಯೋಗಗಳಲ್ಲಿನ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಕೋನೀಯ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ಕ್ರಮವಾಗಿ 30 meV ಮತ್ತು 0.3° (0.01 Å−1 ಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ) ಗಿಂತ ಉತ್ತಮವಾಗಿತ್ತು. ಎಲ್ಲಾ ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶದಲ್ಲಿ ನಡೆಸಲಾಯಿತು. ARPES ಅತ್ಯಂತ ಮೇಲ್ಮೈ-ಸೂಕ್ಷ್ಮ ತಂತ್ರವಾಗಿದೆ. WS2 ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಪದರ ಎರಡರಿಂದಲೂ ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಹೊರಹಾಕಲು, ~40% ಅಪೂರ್ಣ WS2 ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಮಾದರಿಗಳನ್ನು ಬಳಸಲಾಯಿತು.
tr-ARPES ಸೆಟಪ್ 1-kHz ಟೈಟಾನಿಯಂ:ನೀಲಮಣಿ ಆಂಪ್ಲಿಫಯರ್ (ಕೊಹೆರೆಂಟ್ ಲೆಜೆಂಡ್ ಎಲೈಟ್ ಡ್ಯುಯೊ) ಅನ್ನು ಆಧರಿಸಿದೆ. ಆರ್ಗಾನ್ನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಹಾರ್ಮೋನಿಕ್ಸ್ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ 2 mJ ಔಟ್ಪುಟ್ ಪವರ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಲಾಯಿತು. ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ತೀವ್ರವಾದ ನೇರಳಾತೀತ ಬೆಳಕು 26-eV ಫೋಟಾನ್ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿ 100-fs ಪ್ರೋಬ್ ಪಲ್ಸ್ಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಗ್ರ್ಯಾಟಿಂಗ್ ಮಾನೋಕ್ರೊಮೇಟರ್ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಯಿತು. 8mJ ಆಂಪ್ಲಿಫಯರ್ ಔಟ್ಪುಟ್ ಪವರ್ ಅನ್ನು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪ್ಯಾರಾಮೆಟ್ರಿಕ್ ಆಂಪ್ಲಿಫಯರ್ಗೆ ಕಳುಹಿಸಲಾಯಿತು (ಬೆಳಕಿನ ಪರಿವರ್ತನೆಯಿಂದ HE-TOPAS). 2-eV ಪಂಪ್ ಪಲ್ಸ್ಗಳನ್ನು ಪಡೆಯಲು 1-eV ಫೋಟಾನ್ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಸಿಗ್ನಲ್ ಕಿರಣವನ್ನು ಬೀಟಾ ಬೇರಿಯಂ ಬೋರೇಟ್ ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಆವರ್ತನ-ದ್ವಿಗುಣಗೊಳಿಸಲಾಯಿತು. tr-ARPES ಅಳತೆಗಳನ್ನು ಅರ್ಧಗೋಳದ ವಿಶ್ಲೇಷಕ (SPECS PHOIBOS 100) ನೊಂದಿಗೆ ನಡೆಸಲಾಯಿತು. ಒಟ್ಟಾರೆ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ತಾತ್ಕಾಲಿಕ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ಕ್ರಮವಾಗಿ 240 meV ಮತ್ತು 200 fs ಆಗಿತ್ತು.
ಈ ಲೇಖನಕ್ಕೆ ಪೂರಕ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳು http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/20/eaay0761/DC1 ನಲ್ಲಿ ಲಭ್ಯವಿದೆ.
ಇದು ಕ್ರಿಯೇಟಿವ್ ಕಾಮನ್ಸ್ ಅಟ್ರಿಬ್ಯೂಷನ್-ವಾಣಿಜ್ಯೇತರ ಪರವಾನಗಿಯ ನಿಯಮಗಳ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ವಿತರಿಸಲಾದ ಮುಕ್ತ-ಪ್ರವೇಶ ಲೇಖನವಾಗಿದ್ದು, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಬಳಕೆಯು ವಾಣಿಜ್ಯ ಪ್ರಯೋಜನಕ್ಕಾಗಿ ಅಲ್ಲ ಮತ್ತು ಮೂಲ ಕೃತಿಯನ್ನು ಸರಿಯಾಗಿ ಉಲ್ಲೇಖಿಸಿದ್ದರೆ ಯಾವುದೇ ಮಾಧ್ಯಮದಲ್ಲಿ ಬಳಕೆ, ವಿತರಣೆ ಮತ್ತು ಪುನರುತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ.
ಗಮನಿಸಿ: ನೀವು ಪುಟವನ್ನು ಶಿಫಾರಸು ಮಾಡುತ್ತಿರುವ ವ್ಯಕ್ತಿಗೆ ನೀವು ಅದನ್ನು ನೋಡಬೇಕೆಂದು ಬಯಸಿದ್ದೀರಿ ಮತ್ತು ಅದು ಜಂಕ್ ಮೇಲ್ ಅಲ್ಲ ಎಂದು ತಿಳಿಸಲು ಮಾತ್ರ ನಾವು ನಿಮ್ಮ ಇಮೇಲ್ ವಿಳಾಸವನ್ನು ವಿನಂತಿಸುತ್ತೇವೆ. ನಾವು ಯಾವುದೇ ಇಮೇಲ್ ವಿಳಾಸವನ್ನು ಸೆರೆಹಿಡಿಯುವುದಿಲ್ಲ.
ನೀವು ಮಾನವ ಸಂದರ್ಶಕರೇ ಅಥವಾ ಇಲ್ಲವೇ ಎಂಬುದನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಲು ಮತ್ತು ಸ್ವಯಂಚಾಲಿತ ಸ್ಪ್ಯಾಮ್ ಸಲ್ಲಿಕೆಗಳನ್ನು ತಡೆಯಲು ಈ ಪ್ರಶ್ನೆಯನ್ನು ಕೇಳಲಾಗಿದೆ.
ಸ್ವೆನ್ ಎಸ್ಚ್ಲಿಮನ್, ಆಂಟೋನಿಯೊ ರೊಸ್ಸಿ, ಮರಿಯಾನಾ ಚಾವೆಜ್-ಸರ್ವಾಂಟೆಸ್, ರಜ್ವಾನ್ ಕ್ರೌಸ್, ಬೆನಿಟೊ ಅರ್ನಾಲ್ಡಿ, ಬೆಂಜಮಿನ್ ಸ್ಟಾಡ್ಮುಲ್ಲರ್, ಮಾರ್ಟಿನ್ ಎಸ್ಚ್ಲಿಮನ್, ಸ್ಟೀವನ್ ಫೋರ್ಟಿ, ಫಿಲಿಪ್ಪೊ ಫ್ಯಾಬ್ರಿ, ಕ್ಯಾಮಿಲ್ಲಾ ಕೊಲೆಟ್ಟಿ, ಇಸಾಬೆಲ್ಲಾ ಗಿರ್ಜ್ ಅವರಿಂದ
WS2/ಗ್ರಾಫೀನ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ನಲ್ಲಿ ನಾವು ಅತಿವೇಗದ ಚಾರ್ಜ್ ಬೇರ್ಪಡಿಕೆಯನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸುತ್ತೇವೆ, ಇದು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ಗೆ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸ್ಪಿನ್ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ಅನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ.
ಸ್ವೆನ್ ಎಸ್ಚ್ಲಿಮನ್, ಆಂಟೋನಿಯೊ ರೊಸ್ಸಿ, ಮರಿಯಾನಾ ಚಾವೆಜ್-ಸರ್ವಾಂಟೆಸ್, ರಜ್ವಾನ್ ಕ್ರೌಸ್, ಬೆನಿಟೊ ಅರ್ನಾಲ್ಡಿ, ಬೆಂಜಮಿನ್ ಸ್ಟಾಡ್ಮುಲ್ಲರ್, ಮಾರ್ಟಿನ್ ಎಸ್ಚ್ಲಿಮನ್, ಸ್ಟೀವನ್ ಫೋರ್ಟಿ, ಫಿಲಿಪ್ಪೊ ಫ್ಯಾಬ್ರಿ, ಕ್ಯಾಮಿಲ್ಲಾ ಕೊಲೆಟ್ಟಿ, ಇಸಾಬೆಲ್ಲಾ ಗಿರ್ಜ್ ಅವರಿಂದ
WS2/ಗ್ರಾಫೀನ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ನಲ್ಲಿ ನಾವು ಅತಿವೇಗದ ಚಾರ್ಜ್ ಬೇರ್ಪಡಿಕೆಯನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸುತ್ತೇವೆ, ಇದು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ಗೆ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸ್ಪಿನ್ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ಅನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ.
© 2020 ಅಮೇರಿಕನ್ ಅಸೋಸಿಯೇಷನ್ ಫಾರ್ ದಿ ಅಡ್ವಾನ್ಸ್ಮೆಂಟ್ ಆಫ್ ಸೈನ್ಸ್. ಎಲ್ಲಾ ಹಕ್ಕುಗಳನ್ನು ಕಾಯ್ದಿರಿಸಲಾಗಿದೆ. AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ಮತ್ತು COUNTER ನ ಪಾಲುದಾರ. ಸೈನ್ಸ್ ಅಡ್ವಾನ್ಸ್ ISSN 2375-2548.
ಪೋಸ್ಟ್ ಸಮಯ: ಮೇ-25-2020