Бид WS2 моно давхарга болон графеноос бүрдсэн эпитаксиаль гетеро бүтэц дэх хэт хурдан цэнэгийн шилжилтийг судлахын тулд цаг хугацаа болон өнцгийн нарийвчлалтай фотоэмиссийн спектроскопи (tr-ARPES) ашигладаг. Энэхүү гетеро бүтэц нь хүчтэй спин-тойрог замын холболт болон хүчтэй гэрлийн бодисын харилцан үйлчлэлтэй шууд завсартай хагас дамжуулагчийн давуу талыг маш өндөр хөдөлгөөнтэй, урт спинийн хугацаатай хагас металл агуулсан массгүй тээвэрлэгчдийн давуу талуудтай хослуулдаг. WS2 дахь А-өдөөлттэй резонансын үед фотоөдөөлтийн дараа фотоөдөөгдсөн нүхнүүд графен давхарга руу хурдан шилждэг бол фотоөдөөгдсөн электронууд WS2 давхаргад үлддэг болохыг бид олж мэдсэн. Үүссэн цэнэгээс тусгаарлагдсан түр зуурын төлөв нь ~1 ps ашиглалтын хугацаатай байдаг. Бид өөрсдийн олдворыг өндөр нарийвчлалтай ARPES-ээр илэрсэн WS2 болон графен зурвасын харьцангуй уялдаа холбооноос үүдэлтэй тархалтын фазын орон зайн ялгаатай холбон тайлбарлаж байна. Спин-сонголтын оптик өдөөлттэй хослуулан судлагдсан WS2/графен гетеро бүтэц нь графенд оптик спинийг үр ашигтай шахах платформ болж өгч магадгүй юм.
Олон төрлийн хоёр хэмжээст материалын хүртээмж нь тохируулсан диэлектрик скрининг болон ойртолтын нөлөөллөөс үүдэлтэй янз бүрийн эффектүүд дээр суурилсан цоо шинэ функц бүхий шинэ, эцсийн эцэст нимгэн гетеро бүтэц бий болгох боломжийг нээж өгсөн (1-3). Электроник болон оптоэлектроникийн салбарт ирээдүйд хэрэглэх зарчмын баталгаатай төхөөрөмжүүдийг хэрэгжүүлсэн (4-6).
Энд бид хүчтэй спин-тойрог замын холболттой, урвуу тэгш хэмийн эвдрэлээс болж зурвасын бүтцийн мэдэгдэхүйц спин хуваагдалтай шууд завсартай хагас дамжуулагч WS2 моно давхаргат, мөн устөрөгчөөр төгсгөсөн SiC(0001) дээр ургасан конус хэлбэрийн зурвасын бүтэцтэй, маш өндөр тээвэрлэгчийн хөдөлгөөнтэй хагас металл (8) моно давхаргат графеноос бүрдэх эпитаксиаль ван дер Ваалсын гетероструктурт анхаарлаа хандуулж байна. Хэт хурдан цэнэгийн дамжуулалт (9–15) болон ойртолтоос үүдэлтэй спин-тойрог замын холболтын нөлөөллийн анхны шинж тэмдгүүд (16–18) нь WS2/графен болон үүнтэй төстэй гетероструктуруудыг ирээдүйн оптоэлектроник (19) болон оптоспинтроник (20) хэрэглээнд ирээдүйтэй нэр дэвшигч болгож байна.
Бид WS2/графен дахь фото үүсгэсэн электрон нүхний хосуудын сулралын замыг цаг хугацаа болон өнцгөөр тодорхойлогдсон фотоэмиссион спектроскопи (tr-ARPES) ашиглан илрүүлэхээр зорьсон. Үүний тулд бид WS2 дахь А-экситонтой резонанстай 2 эВ насосны импульсээр гетеро бүтцийг өдөөж (21, 12), 26 эВ фотоны энерги дээр хоёр дахь удаагийн саатсан датчикийн импульсээр фотоэлектронуудыг гаргана. Бид импульс, энерги болон цаг хугацаагаар тодорхойлогдсон тээвэрлэгчийн динамикт хандахын тулд шахуургын датчикийн саатлын функц болгон хагас бөмбөрцөг анализатор ашиглан фотоэлектронуудын кинетик энерги ба ялгаралтын өнцгийг тодорхойлно. Энерги ба цаг хугацааны нарийвчлал нь тус тус 240 мэВ ба 200 фс байна.
Бидний үр дүнгүүд нь эпитаксиаль байдлаар тэгшлэгдсэн давхаргуудын хоорондох хэт хурдан цэнэгийн шилжилтийн шууд нотолгоо болж, давхаргуудын дурын азимутын тэгшлэлттэй ижил төстэй гараар угсарсан гетеро бүтэц дэх бүх оптик техникт суурилсан анхны заалтуудыг баталгаажуулж байна (9-15). Үүнээс гадна, бид энэхүү цэнэгийн шилжилт нь маш тэгш бус болохыг харуулж байна. Бидний хэмжилтүүд нь өмнө нь ажиглагдаагүй байсан цэнэгээр тусгаарлагдсан түр зуурын төлөвийг WS2 болон графены давхаргад тус тус байрладаг фотоөдөөгдсөн электрон ба нүхнүүдтэй, ~1 ps хүртэл үргэлжилдэг болохыг харуулж байна. Бид өөрсдийн олдворыг өндөр нарийвчлалтай ARPES-ээр илэрсэн WS2 болон графены зурвасын харьцангуй тэгшлэлтээс үүдэлтэй электрон ба нүхний шилжилтийн тархалтын фазын орон зайн зөрүүний үүднээс тайлбарлаж байна. Спин ба хөндийн сонгомол оптик өдөөлттэй (22-25) хослуулсан WS2/графены гетеро бүтэц нь графенд хэт хурдан оптик спин тарих үр ашигтай шинэ платформ болж өгч магадгүй юм.
Зураг 1А-д эпитаксиаль WS2/графен гетеробүтцийн ΓK чиглэлийн дагуух зурвасын бүтцийн гелий лампаар гаргаж авсан өндөр нарийвчлалтай ARPES хэмжилтийг харуулав. Дирак конус нь тэнцвэрийн химийн потенциалаас ~0.3 эВ дээш Дирак цэгтэй нүхээр хольцтой болохыг тогтоожээ. Спин-хуваагдсан WS2 валентийн зурвасын дээд хэсэг нь тэнцвэрийн химийн потенциалаас ~1.2 эВ доош байгааг тогтоожээ.
(A) Туйлшраагүй гелийн чийдэнгээр ΓK чиглэлийн дагуу хэмжсэн тэнцвэрийн фото гүйдэл. (B) 26 эВ фотоны энерги дээр p-туйлшруулсан хэт хэт ягаан туяаны импульсээр хэмжсэн сөрөг насос-зондын саатлын фото гүйдэл. Зураг 2-т үзүүлсэн түр зуурын оргил байрлалыг гаргаж авахад ашигласан шугамын профайлуудын байрлалыг тасархай саарал ба улаан шугамууд тэмдэглэсэн. (C) 2 мЖ/см2 насосны урсгалтай 2 эВ насосны фотоны энерги дээр фотоөдөөлтийн дараа 200 фс фото гүйдлийн насосоор өдөөгдсөн өөрчлөлтүүд. Фотоэлектронуудын олз ба алдагдлыг тус тус улаан ба цэнхэр өнгөөр харуулав. Хайрцагнууд нь Зураг 3-т үзүүлсэн насос-зондын ул мөрийн интеграцийн талбайг заана.
Зураг 1B нь насосны импульс ирэхээс өмнө насосны датчикийн сөрөг саатал дээр 26 эВ фотоны энерги дээр 100 fs хэт ягаан туяаны импульсээр хэмжсэн WS2 болон графен К-цэгүүдийн ойролцоох зурвасын бүтцийн tr-ARPES-ийн агшин зургийг харуулж байна. Энд дээжийн доройтол болон спектрийн шинж чанаруудын орон зайн цэнэгийн тэлэлтийг үүсгэдэг 2 эВ насосны импульс байгаагаас шалтгаалан спинийн хуваагдал шийдэгдээгүй байна. Зураг 1C нь насосны датчикийн дохио хамгийн дээд хэмжээндээ хүрсэн 200 fs саатал дээр Зураг 1B-тэй харьцуулахад насосоор өдөөгдсөн фото гүйдлийн өөрчлөлтийг харуулж байна. Улаан ба цэнхэр өнгө нь тус тус фотоэлектронуудын олз ба алдагдлыг заана.
Энэхүү баялаг динамикийг илүү нарийвчлан шинжлэхийн тулд бид эхлээд Зураг 1B-д үзүүлсэн тасархай шугамын дагуу WS2 валентын зурвас болон графен π-туузны түр зуурын оргил байрлалыг Нэмэлт материалд дэлгэрэнгүй тайлбарласны дагуу тодорхойлно. Бид WS2 валентын зурвас 90 меВ-ээр дээш шилжиж (Зураг 2A), графен π-тууз 50 меВ-ээр доош шилжиж байгааг олж мэдсэн (Зураг 2B). Эдгээр шилжилтийн экспоненциал ашиглалтын хугацаа нь WS2-ийн валентын зурвасын хувьд 1.2 ± 0.1 ps, графен π-туузны хувьд 1.7 ± 0.3 ps байна. Эдгээр оргил шилжилтүүд нь хоёр давхаргын түр зуурын цэнэгийн анхны нотолгоог өгдөг бөгөөд нэмэлт эерэг (сөрөг) цэнэг нь электрон төлөвийн холболтын энергийг нэмэгдүүлдэг (бууруулдаг). WS2 валентын зурвасын дээш шилжилт нь Зураг 1C-д хар хайрцагаар тэмдэглэгдсэн хэсэгт шахуургын датчик дохионы харагдах байдлыг хариуцдаг болохыг анхаарна уу.
WS2 валентын зурвас (A) болон графен π-зурвасын (B) оргил байрлалын өөрчлөлт нь экспоненциал тохируулгатай (зузаан шугам) хамт шахуургын датчикийн саатлын функц юм. (A) дахь WS2 шилжилтийн ашиглалтын хугацаа нь 1.2 ± 0.1 ps. (B) дахь графен шилжилтийн ашиглалтын хугацаа нь 1.7 ± 0.3 ps.
Дараа нь бид Зураг 1C-д өнгөт хайрцагнуудаар заасан хэсгүүд дээр насос-зондын дохиог нэгтгэж, Зураг 3-т шахуургын-зондын саатлын функц болгон үүссэн тооллогыг зурна. Зураг 3-т байгаа 1-р муруй нь өгөгдөлтэй экспоненциал тохируулгаас олж авсан 1.1 ± 0.1 ps ашиглалтын хугацаатай WS2 давхаргын дамжуулах туузны ёроолд ойрхон фотоөдөөгдсөн тээвэрлэгчдийн динамикийг харуулж байна (Нэмэлт материалыг үзнэ үү).
Зураг 1C-д үзүүлсэн хайрцагт заасан талбай дээрх фото гүйдлийг нэгтгэснээр олж авсан саатлын функц болох насос-зондын ул мөр. Зузаан шугамууд нь өгөгдөлтэй экспоненциал тохирч байна. Муруй (1) WS2-ийн дамжуулах зурвас дахь түр зуурын тээвэрлэгч популяци. Муруй (2) Тэнцвэрт химийн потенциалаас дээш графены π-туузны насос-зондын дохио. Муруй (3) Тэнцвэрт химийн потенциалаас доош графены π-туузны насос-зондын дохио. Муруй (4) WS2-ийн валентын зурвас дахь цэвэр насос-зондын дохио. Амьдралын хугацаа нь (1)-д 1.2 ± 0.1 ps, (2)-д 180 ± 20 fs (өсөлт) ба ~2 ps (алдагдал), мөн (3)-д 1.8 ± 0.2 ps байна.
Зураг 3-ын 2 ба 3-р муруйд бид графен π-зурвасын шахуургын датчик дохиог харуулав. Тэнцвэрийн химийн потенциалаас дээш электронуудын олшруулалт (Зураг 3-ын 2-р муруй) нь тэнцвэрийн химийн потенциалаас доош электронуудын алдагдалтай харьцуулахад (Зураг 3-ын 3-р муруйд 1.8 ± 0.2 ps) хамаагүй богино хугацаатай (180 ± 20 fs) болохыг бид олж мэдсэн. Цаашилбал, Зураг 3-ын 2-р муруй дахь фото гүйдлийн анхны олшруулалт нь t = 400 fs үед ~2 ps ашиглалтын хугацаатай алдагдал болж хувирдаг болохыг тогтоожээ. Ил задгай нэг давхаргат графены шахуургын датчик дохионд олшруулалт ба алдагдлын тэгш бус байдал байхгүй байгааг тогтоосон (Нэмэлт материалын S5 зургийг үзнэ үү), энэ нь тэгш бус байдал нь WS2/графен гетеробүтцэд давхаргын хоорондын холболтын үр дагавар болохыг харуулж байна. Тэнцвэрт химийн потенциалаас дээш болон доош богино хугацааны олз болон урт хугацааны алдагдлын ажиглалт нь гетероструктурын фотоөдөөлтөөр графен давхаргаас электронууд үр дүнтэйгээр салгагддаг болохыг харуулж байна. Үүний үр дүнд графен давхарга эерэг цэнэгтэй болдог бөгөөд энэ нь Зураг 2B-д үзүүлсэн π-туузны холболтын энергийн өсөлттэй нийцдэг. π-туузны доош шилжих нь тэнцвэрт химийн потенциалын дээгүүрх Ферми-Диракийн тэнцвэрт тархалтын өндөр энергийн сүүлийг арилгадаг бөгөөд энэ нь Зураг 3-ын 2-р муруй дахь насос-зондын дохионы тэмдгийн өөрчлөлтийг хэсэгчлэн тайлбарладаг. Энэ нөлөө нь π-тууз дахь электронуудын түр зуурын алдагдалаар улам бүр нэмэгддэг болохыг бид доор харуулах болно.
Энэ хувилбарыг Зураг 3-ын 4-р муруйд байгаа WS2 валентын зурвасын цэвэр насос-зондын дохиогоор дэмжиж байна. Эдгээр өгөгдлийг Зураг 1B-д байгаа хар хайрцагны өгөгдсөн талбай дээрх тооллогыг нэгтгэснээр олж авсан бөгөөд энэ нь насос-зондын бүх саатал дээр валентын зурвасаас фотоэмжсэн электронуудыг харуулдаг. Туршилтын алдааны бааруудаас бид WS2-ийн валентын зурвас дээр насос-зондын саатал гарсан тохиолдолд нүх байгаа эсэхийг харуулсан ямар ч шинж тэмдэг олоогүй байна. Энэ нь фото өдөөлтийн дараа эдгээр нүхнүүд бидний цаг хугацааны нягтралтай харьцуулахад богино хугацаанд хурдан дүүрдэг болохыг харуулж байна.
WS2/графены гетероструктур дахь хэт хурдан цэнэгийн тусгаарлалтын таамаглалыг эцсийн нотолгоог гаргахын тулд бид Нэмэлт материалд дэлгэрэнгүй тайлбарласны дагуу графены давхаргад шилжсэн нүхний тоог тодорхойлно. Товчхондоо, π-туузны түр зуурын электрон тархалтыг Ферми-Дирак тархалтаар тохируулсан. Дараа нь нүхний тоог түр зуурын химийн потенциал ба электрон температурын үр дүнгийн утгуудаас тооцоолсон. Үр дүнг Зураг 4-т үзүүлэв. Бид WS2-ээс графен руу нийтдээ ~5 × 1012 нүх/см2 шилжиж, 1.5 ± 0.2 ps экспоненциал ашиглалтын хугацаатай байгааг олж мэдсэн.
Насос-зондын саатлын функц болох π-зурвасын нүхний тоог 1.5 ± 0.2 ps ашиглалтын хугацаатай экспоненциал тохируулгатай хамт өөрчлөх.
Зураг 2-4-т үзүүлсэн олдворуудаас WS2/графены гетеро бүтцийн хэт хурдан цэнэгийн шилжилтийн дараах микроскопийн зураг гарч ирж байна (Зураг 5). 2 эВ-д WS2/графены гетеро бүтцийн фотоөдөөлт нь WS2-д А-өдөөлтийг давамгайлдаг (Зураг 5A). Графен дахь Дирак цэгээр болон WS2 ба графены зурвасуудын хооронд нэмэлт электрон өдөөлтүүд нь эрчим хүчний хувьд боломжтой боловч үр ашиг багатай. WS2-ийн валентын зурвас дахь фотоөдөөлт нүхнүүд нь бидний цаг хугацааны нягтралтай харьцуулахад цаг хугацааны богино хугацаанд графены π-туузнаас үүссэн электронуудаар дүүрдэг (Зураг 5A). WS2-ийн дамжуулах зурвас дахь фотоөдөөлт электронуудын ашиглалтын хугацаа ~1 ps (Зураг 5B). Гэсэн хэдий ч графены π-тууз дахь нүхнүүдийг дүүргэхэд ~2 ps шаардлагатай (Зураг 5B). Энэ нь WS2 дамжуулалтын зурвас болон графены π-зурвасын хоорондох шууд электрон дамжуулалтаас гадна бүрэн динамикийг ойлгохын тулд нэмэлт сулралын замуудыг - магадгүй согогийн төлөвөөр (26) дамжин өнгөрөхийг авч үзэх шаардлагатайг харуулж байна.
(A) WS2-тэй резонансын үед 2 эВ-д A-өдөөлт нь WS2-ийн дамжуулах зурваст электронуудыг оруулдаг. WS2-ийн валентын зурваст харгалзах нүхнүүд нь графены π-туузнаас ирсэн электронуудаар шууд дүүрдэг. (B) WS2-ийн дамжуулах зурваст фотоөдөөлттэй тээгч нь ~1 ps ашиглалтын хугацаатай. Графены π-туузны нүхнүүд ~2 ps амьдрах хугацаатай байдаг нь тасархай сумаар заасан нэмэлт тархалтын сувгуудын ач холбогдлыг харуулж байна. (A) ба (B)-д хар тасархай шугамууд нь зурвасын шилжилт болон химийн потенциалын өөрчлөлтийг илтгэнэ. (C) Түр зуурын төлөвт WS2 давхарга нь сөрөг цэнэгтэй байхад графены давхарга нь эерэг цэнэгтэй байдаг. Дугуй туйлширсан гэрэлтэй спин-сонголтын өдөөлтийн хувьд WS2 дахь фотоөдөөлттэй электронууд болон графены харгалзах нүхнүүд нь эсрэг спин туйлшрал үзүүлэх төлөвтэй байна.
Түр зуурын төлөвт фото өдөөгдсөн электронууд WS2-ийн дамжуулах зурваст байрладаг бол фото өдөөгдсөн нүхнүүд нь графены π-зурваст байрладаг (Зураг 5C). Энэ нь WS2 давхарга нь сөрөг цэнэгтэй, графены давхарга нь эерэг цэнэгтэй гэсэн үг юм. Энэ нь түр зуурын оргил шилжилт (Зураг 2), графены насос-зондын дохионы тэгш бус байдал (Зураг 3-ын 2 ба 3-р муруй), WS2-ийн валентын зурваст нүх байхгүй (Зураг 3-ын 4-р муруй), мөн графены π-зурваст нэмэлт нүхнүүд (Зураг 4) зэргийг харгалзан үздэг. Энэхүү цэнэгээс тусгаарлагдсан төлөвийн ашиглалтын хугацаа нь ~1 ps (Зураг 3-ын 1-р муруй) юм.
II төрлийн зурвасын байрлал болон шаталсан зурвасын зайтай хоёр шууд зайтай хагас дамжуулагчаас бүрдсэн ван дер Ваалсын гетеро бүтэцүүдэд ижил төстэй цэнэг тусгаарлагдсан шилжилтийн төлөв ажиглагдсан (27–32). Фото өдөөлтийн дараа электронууд болон нүхнүүд нь гетеро бүтцийн өөр өөр давхаргад байрладаг дамжуулалтын зурвасын доод хэсэг болон валентийн зурвасын дээд хэсэг рүү тус тус хурдан шилждэг болохыг тогтоожээ (27–32).
Манай WS2/графен гетеробүтцийн хувьд электрон болон нүхний аль алиных нь энергийн хувьд хамгийн таатай байршил нь металл графен давхаргын Ферми түвшинд байдаг. Тиймээс электрон болон нүхнүүд хоёулаа графен π-зурвас руу хурдан шилжинэ гэж найдаж болно. Гэсэн хэдий ч бидний хэмжилтүүд нүхний дамжуулалт (<200 fs) нь электрон дамжуулалтаас (∼1 ps) хамаагүй илүү үр ашигтай болохыг тодорхой харуулж байна. Бид үүнийг Зураг 1А-д үзүүлсэн шиг WS2 болон графен зурвасуудын харьцангуй энергийн уялдаа холбоотой холбож байгаа бөгөөд энэ нь (14, 15)-аар саяхан таамаглаж байсан электрон дамжуулалттай харьцуулахад нүхний дамжуулалтын олон тооны эцсийн төлөвийг санал болгодог. Одоогийн тохиолдолд, ~2 эВ WS2 зурвасын зай гэж үзвэл графен Дирак цэг болон тэнцвэрийн химийн потенциал нь WS2 зурвасын зайны дунд хэсгээс тус тус ~0.5 ба ~0.2 эВ өндөрт байрладаг бөгөөд энэ нь электрон-нүхний тэгш хэмийг эвддэг. Нүхний шилжилтийн эцсийн төлөвийн тоо нь электрон шилжилтийнхээс ~6 дахин их байгааг бид олж мэдсэн (Нэмэлт материалыг үзнэ үү), ийм учраас нүхний шилжилт нь электрон шилжилтээс хурдан байх төлөвтэй байна.
Гэсэн хэдий ч ажиглагдсан хэт хурдан тэгш бус цэнэгийн шилжилтийн бүрэн микроскопийн зургийг авахын тулд WS2 дахь А-экситон долгионы функцийг бүрдүүлдэг орбиталууд болон графен π-зурвасын хоорондох давхцал, импульс, энерги, спин, псевдоспин хадгалалтын хязгаарлалтууд, плазмын хэлбэлзлийн нөлөө (33), мөн цэнэгийн шилжилтийг зуучилж болох когерент фононы хэлбэлзлийн шилжилтийн өдөөлтийн үүргийг (34, 35) багтаасан өөр өөр электрон-электрон ба электрон-фононы тархалтын сувгуудын хоорондох давхцлыг авч үзэх хэрэгтэй. Түүнчлэн, ажиглагдсан цэнэгийн шилжилтийн төлөв нь цэнэгийн шилжилтийн экситон эсвэл чөлөөт электрон нүхний хосоос бүрддэг эсэхийг таамаглаж болно (Нэмэлт материалыг үзнэ үү). Эдгээр асуудлыг тодруулахын тулд одоогийн өгүүллийн хүрээнээс давсан онолын цаашдын судалгаа шаардлагатай байна.
Товчхондоо, бид эпитаксиал WS2/графен гетероструктурт хэт хурдан давхаргын цэнэгийн шилжилтийг судлахын тулд tr-ARPES-ийг ашигласан. Бид 2 эВ-д WS2-ийн А-өдөөлттэй резонанст өдөөгдөх үед фотоөдөөгдсөн нүхнүүд графен давхарга руу хурдан шилжиж, фотоөдөөгдсөн электронууд WS2 давхаргад үлддэг болохыг тогтоосон. Бид үүнийг нүхний шилжилтийн эцсийн төлөвүүдийн тоо электрон шилжилтийнхээс их байгаатай холбон тайлбарласан. Цэнэгээс тусгаарлагдсан түр зуурын төлөвийн ашиглалтын хугацаа ~1 ps байсан. Дугуй туйлширсан гэрлийг (22-25) ашиглан спин-сонголтын оптик өдөөлттэй хослуулан ажиглагдсан хэт хурдан цэнэгийн шилжилт нь спин шилжилттэй хамт байж болно. Энэ тохиолдолд судлагдсан WS2/графен гетероструктурыг графенд үр ашигтай оптик спин тарилга хийхэд ашиглаж болох бөгөөд энэ нь шинэ оптоспинтроник төхөөрөмжүүдийг бий болгодог.
Графен дээжийг SiCrystal GmbH-ийн арилжааны хагас дамжуулагч 6H-SiC(0001) вафли дээр ургуулсан. N-допингтой вафли нь 0.5°-аас доош зүсэлттэй тэнхлэг дээр байрласан. Зураасыг арилгаж, ердийн хавтгай тавцан үүсгэхийн тулд SiC субстратыг устөрөгчөөр сийлсэн. Дараа нь цэвэр, атомын хувьд хавтгай Si-төгсгөлтэй гадаргууг дээжийг Ar агаар мандалд 1300°C-т 8 минутын турш шарж графитжуулсан (36). Ингэснээр бид гурав дахь нүүрстөрөгчийн атом бүр SiC субстраттай ковалент холбоо үүсгэдэг ганц нүүрстөрөгчийн давхарга авсан (37). Дараа нь энэ давхаргыг устөрөгчийн интеркаляциар бүрэн sp2-эрлийзжүүлсэн квази чөлөөтэй нүхтэй допингтой графен болгон хувиргасан (38). Эдгээр дээжийг графен/H-SiC(0001) гэж нэрлэдэг. Бүх үйл явцыг Aixtron-ийн арилжааны Black Magic өсөлтийн камерт явуулсан. WS2-ийн өсөлтийг стандарт халуун ханатай реакторт 1:100 массын харьцаатай WO3 болон S нунтагыг урьдал бодис болгон ашиглан нам даралтын химийн уурын тунадасжуулалт (39, 40) ашиглан явуулсан. WO3 болон S нунтагыг тус тус 900 ба 200°C-д хадгалсан. WO3 нунтагыг суурьтай ойрхон байрлуулсан. Аргоныг 8 sccm урсгалтай тээвэрлэгч хий болгон ашигласан. Реактор дахь даралтыг 0.5 мбар-д хадгалсан. Дээжийг хоёрдогч электрон микроскоп, атомын хүчний микроскоп, Раман болон фотолюминесценцийн спектроскопи, мөн бага энергийн электрон дифракцаар тодорхойлсон. Эдгээр хэмжилтүүд нь ΓK- эсвэл ΓK'-чиглэл нь графен давхаргын ΓK-чиглэлтэй зэрэгцсэн хоёр өөр WS2 дан талст домэйнийг илрүүлсэн. Домэйн талын урт нь 300-700 нм хооронд хэлбэлзэж байсан бөгөөд WS2-ийн нийт хамрах хүрээ нь ойролцоогоор ∼40% байсан нь ARPES шинжилгээнд тохиромжтой байв.
Статик ARPES туршилтыг электрон энерги болон импульсийн хоёр хэмжээст илрүүлэх зориулалттай цэнэг холбогдсон төхөөрөмж-детектор систем ашиглан хагас бөмбөрцөг анализатор (SPECS PHOIBOS 150) ашиглан гүйцэтгэсэн. Бүх фотоэмжийн туршилтад өндөр урсгалтай He цэнэглэх эх үүсвэрийн (VG Scienta VUV5000) туйлшраагүй, монохромат He Iα цацраг (21.2 эВ) ашигласан. Бидний туршилтын энерги ба өнцгийн нягтрал нь тус тус 30 мэВ ба 0.3° (0.01 Å−1-тэй тохирч)-ээс илүү байсан. Бүх туршилтыг өрөөний температурт явуулсан. ARPES бол гадаргуугийн маш мэдрэмтгий арга юм. WS2 болон графен давхаргаас фотоэлектронуудыг гаргахын тулд WS2-ийн бүрэн бус бүрхүүлтэй ~40% дээжийг ашигласан.
tr-ARPES тохиргоо нь 1 кГц Titanium:Sapphire өсгөгч (Coherent Legend Elite Duo) дээр суурилсан. Аргон дахь өндөр гармоник үүсгэхэд 2 мЖ гаралтын чадлыг ашигласан. Үүссэн хэт ягаан туяа нь сараалжтай монохроматороор дамжин 26 эВ фотоны энерги дээр 100 фс датчик импульс үүсгэдэг. 8 мЖ өсгөгчийн гаралтын чадлыг оптик параметрийн өсгөгч (Light Conversion-оос HE-TOPAS) руу илгээсэн. 2 эВ насосны импульсийг авахын тулд 1 эВ фотоны энерги дээрх дохионы цацрагийг бета барийн боратын талст дахь давтамжийг хоёр дахин нэмэгдүүлсэн. tr-ARPES хэмжилтийг хагас бөмбөрцөг анализатор (SPECS PHOIBOS 100) ашиглан гүйцэтгэсэн. Нийт энерги болон цаг хугацааны нарийвчлал нь тус тус 240 мэВ ба 200 фс байв.
Энэ нийтлэлийн нэмэлт материалыг http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/20/eaay0761/DC1 хаягаар авах боломжтой.
Энэ бол Creative Commons Attribution-NonCommercial лицензийн нөхцлийн дагуу тараасан нээлттэй хандалттай нийтлэл бөгөөд энэ нь арилжааны зорилгоор ашиглагдаагүй бөгөөд анхны бүтээлийг зохих ёсоор иш татсан тохиолдолд аливаа хэрэгслээр ашиглах, түгээх, хуулбарлахыг зөвшөөрдөг.
ТАЙЛБАР: Бид таны имэйл хаягийг зөвхөн таны санал болгож буй хүнд та үүнийг үзүүлээсэй гэж хүссэн бөгөөд энэ нь хог хаягдал биш гэдгийг мэдэхийн тулд л асуудаг. Бид ямар ч имэйл хаягийг авдаггүй.
Энэ асуулт нь таныг хүн мөн эсэхийг шалгах, мөн автомат спам илгээлтээс урьдчилан сэргийлэх зорилготой юм.
Свен Эслиманн, Антонио Росси, Мариана Чавес-Сервантес, Разван Краузе, Бенито Арнольди, Бенжамин Штадмюллер, Мартин Эслиманн, Стивен Форти, Филиппо Фаббри, Камилла Колетти, Изабелла Гиерц
Бид WS2/графен гетероструктурт хэт хурдан цэнэгийн ялгаралтыг графен руу оптик спин тарилга хийх боломжийг олгодог болохыг илрүүлсэн.
Свен Эслиманн, Антонио Росси, Мариана Чавес-Сервантес, Разван Краузе, Бенито Арнольди, Бенжамин Штадмюллер, Мартин Эслиманн, Стивен Форти, Филиппо Фаббри, Камилла Колетти, Изабелла Гиерц
Бид WS2/графен гетероструктурт хэт хурдан цэнэгийн ялгаралтыг графен руу оптик спин тарилга хийх боломжийг олгодог болохыг илрүүлсэн.
© 2020 Америкийн шинжлэх ухааны дэвшлийн нийгэмлэг. Бүх эрх хуулиар хамгаалагдсан. AAAS нь HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef болон COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548-ийн түнш юм.
Нийтэлсэн цаг: 2020 оны 5-р сарын 25