Aħna nużaw spettroskopija ta' fotoemissjoni b'riżoluzzjoni tal-ħin u tal-angolu (tr-ARPES) biex ninvestigaw trasferiment ta' ċarġ ultraveloċi f'eterostruttura epitassjali magħmula minn WS2 b'saff wieħed u grafina. Din l-eterostruttura tgħaqqad il-benefiċċji ta' semikonduttur b'distakk dirett ma' akkoppjar qawwi ta' spin-orbita u interazzjoni qawwija ta' dawl-materja ma' dawk ta' semimetall li jospita trasportaturi mingħajr massa b'mobilità estremament għolja u ħajja twila ta' spin. Sibna li, wara fotoeċċitazzjoni fir-reżonanza għall-A-eċċiton f'WS2, it-toqob fotoeċċitati jittrasferixxu malajr fis-saff tal-grafina filwaqt li l-elettroni fotoeċċitati jibqgħu fis-saff WS2. L-istat tranżitorju separat bil-ċarġ li jirriżulta jinstab li għandu ħajja ta' ~1 ps. Aħna nattribwixxu s-sejbiet tagħna għal differenzi fl-ispazju tal-fażi tat-tifrix ikkawżati mill-allinjament relattiv tal-faxex WS2 u tal-grafina kif żvelat minn ARPES b'riżoluzzjoni għolja. Flimkien ma' eċċitazzjoni ottika selettiva tal-ispin, l-eterostruttura WS2/grafina investigata tista' tipprovdi pjattaforma għal injezzjoni effiċjenti ta' spin ottiku fil-grafina.
Id-disponibbiltà ta’ ħafna materjali bidimensjonali differenti fetħet il-possibbiltà li jinħolqu eterostrutturi ġodda u rqaq b’funzjonalitajiet kompletament ġodda bbażati fuq skrinjar dielettriku mfassal apposta u diversi effetti indotti mill-prossimità (1–3). Ġew realizzati apparati ta’ prova tal-prinċipju għal applikazzjonijiet futuri fil-qasam tal-elettronika u l-optoelettronika (4–6).
Hawnhekk, niffokaw fuq eterostrutturi epitassjali ta' van der Waals li jikkonsistu minn WS2 monolayer, semikonduttur b'distakk dirett b'akkoppjar qawwi ta' spin-orbita u qsim ta' spin konsiderevoli tal-istruttura tal-faxxa minħabba simetrija ta' inverżjoni miksura (7), u grafene monolayer, semimetall bi struttura konika tal-faxxa u mobilità estremament għolja tat-trasportatur (8), imkabbar fuq SiC(0001) terminat bl-idroġenu. L-ewwel indikazzjonijiet għal trasferiment ta' ċarġ ultraveloċi (9–15) u effetti ta' akkoppjar ta' spin-orbita indotti mill-prossimità (16–18) jagħmlu WS2/grafene u eterostrutturi simili kandidati promettenti għal applikazzjonijiet optoelettroniċi (19) u optospintroniċi (20) futuri.
Iddeċidejna li niżvelaw il-mogħdijiet ta' rilassament ta' pari ta' elettroni-toqob iġġenerati mill-foto f'WS2/grafene permezz ta' spettroskopija ta' fotoemissjoni b'riżoluzzjoni tal-ħin u l-angolu (tr-ARPES). Għal dak il-għan, aħna neċitaw l-eterostruttura b'impulsi tal-pompa ta' 2-eV reżonanti għall-A-eċiton f'WS2 (21, 12) u neħorġu fotoelettroni b'tieni impuls tas-sonda b'dewmien fil-ħin b'enerġija tal-foton ta' 26-eV. Aħna niddeterminaw l-enerġija kinetika u l-angolu tal-emissjoni tal-fotoelettroni b'analizzatur emisferiku bħala funzjoni tad-dewmien tas-sonda tal-pompa biex niksbu aċċess għad-dinamika tat-trasportatur b'riżoluzzjoni tal-momentum, tal-enerġija, u tal-ħin. Ir-riżoluzzjoni tal-enerġija u tal-ħin hija ta' 240 meV u 200 fs, rispettivament.
Ir-riżultati tagħna jipprovdu evidenza diretta għal trasferiment ultraveloċi ta' ċarġ bejn is-saffi allinjati epitassjalment, u jikkonfermaw l-ewwel indikazzjonijiet ibbażati fuq tekniki ottiċi kollha f'eterostrutturi simili mmuntati manwalment b'allinjament ażimutali arbitrarju tas-saffi (9–15). Barra minn hekk, nuru li dan it-trasferiment ta' ċarġ huwa asimmetriku ħafna. Il-kejl tagħna jiżvela stat tranżitorju separat biċ-ċarġ li qabel ma kienx osservat b'elettroni u toqob fotoeċċitati li jinsabu fis-saff tal-WS2 u tal-grafene, rispettivament, li jgħix għal madwar 1 ps. Ninterpretaw is-sejbiet tagħna f'termini ta' differenzi fl-ispazju tal-fażi tat-tifrix għat-trasferiment tal-elettroni u t-toqob ikkawżat mill-allinjament relattiv tal-meded tal-WS2 u tal-grafene kif żvelat minn ARPES b'riżoluzzjoni għolja. Flimkien ma' eċċitazzjoni ottika selettiva għall-ispin u l-wied (22–25), l-eterostrutturi tal-WS2/grafene jistgħu jipprovdu pjattaforma ġdida għal injezzjoni effiċjenti ta' spin ottiku ultraveloċi fil-grafene.
Il-Figura 1A turi kejl ARPES b'riżoluzzjoni għolja miksub b'lampa tal-elju tal-istruttura tal-medda tul id-direzzjoni ΓK tal-eterostruttura epitassjali WS2/grafina. Il-kon ta' Dirac instab li huwa ddopat bit-toqob bil-punt ta' Dirac jinsab madwar 0.3 eV 'il fuq mill-potenzjal kimiku tal-ekwilibriju. Il-parti ta' fuq tal-medda ta' valenza WS2 maqsuma bl-ispin tinstab li hija madwar 1.2 eV taħt il-potenzjal kimiku tal-ekwilibriju.
(A) Fotokurrent ta' ekwilibriju mkejjel tul id-direzzjoni ΓK b'lampa tal-elju mhux polarizzata. (B) Fotokurrent għal dewmien negattiv tal-pompa-sonda mkejjel b'impulsi ultravjola estremi polarizzati p b'enerġija tal-foton ta' 26 eV. Linji griżi u ħomor bit-tikek jimmarkaw il-pożizzjoni tal-profili tal-linji użati biex jiġu estratti l-pożizzjonijiet tal-quċċata tranżitorji fil-Fig. 2. (Ċ) Bidliet indotti mill-pompa tal-fotokurrent 200 fs wara fotoeċċitazzjoni b'enerġija tal-foton tal-pompa ta' 2 eV b'fluwenza tal-pompa ta' 2 mJ/cm2. Il-qligħ u t-telf tal-fotoelettroni huma murija bl-aħmar u l-blu, rispettivament. Il-kaxxi jindikaw iż-żona ta' integrazzjoni għat-traċċi tal-pompa-sonda murija fil-Fig. 3.
Il-Figura 1B turi stampa tat-tr-ARPES tal-istruttura tal-medda qrib il-punti WS2 u K tal-grafina mkejla b'impulsi ultravjola estremi ta' 100-fs b'enerġija tal-foton ta' 26-eV b'dewmien negattiv tal-pompa-sonda qabel il-wasla tal-impuls tal-pompa. Hawnhekk, it-tqassim tal-ispin mhux riżolt minħabba d-degradazzjoni tal-kampjun u l-preżenza tal-impuls tal-pompa ta' 2-eV li jikkawża twessigħ tal-ċarġ spazjali tal-karatteristiċi spettrali. Il-Figura 1C turi l-bidliet indotti mill-pompa tal-fotokurrent fir-rigward tal-Fig. 1B b'dewmien tal-pompa-sonda ta' 200 fs fejn is-sinjal tal-pompa-sonda jilħaq il-massimu tiegħu. Il-kuluri aħmar u blu jindikaw qligħ u telf ta' fotoelettroni, rispettivament.
Biex nanalizzaw din id-dinamika rikka f'aktar dettall, l-ewwel niddeterminaw il-pożizzjonijiet tal-quċċata tranżitorji tal-medda ta' valenza WS2 u l-medda π tal-grafene tul il-linji mqattgħin fil-Fig. 1B kif spjegat fid-dettall fil-Materjali Supplimentari. Sibna li l-medda ta' valenza WS2 tiċċaqlaq 'il fuq b'90 meV (Fig. 2A) u l-medda π tal-grafene tiċċaqlaq 'l isfel b'50 meV (Fig. 2B). Il-ħajja esponenzjali ta' dawn iċ-ċaqliq instabet li hija 1.2 ± 0.1 ps għall-medda ta' valenza ta' WS2 u 1.7 ± 0.3 ps għall-medda π tal-grafene. Dawn iċ-ċaqliq tal-quċċata jipprovdu l-ewwel evidenza ta' ċċarġjar tranżitorju taż-żewġ saffi, fejn ċarġ pożittiv (negattiv) addizzjonali jżid (jnaqqas) l-enerġija tal-irbit tal-istati elettroniċi. Innota li ċ-ċaqliq 'il fuq tal-medda ta' valenza WS2 huwa responsabbli għas-sinjal prominenti tal-pompa-sonda fiż-żona mmarkata mill-kaxxa s-sewda fil-Fig. 1C.
Bidla fil-pożizzjoni tal-quċċata tal-medda ta' valenza WS2 (A) u l-π-medda tal-grafene (B) bħala funzjoni tad-dewmien tal-pompa-sonda flimkien ma' tajbin esponenzjali (linji ħoxnin). Il-ħajja tal-ispostament tal-WS2 f'(A) hija 1.2 ± 0.1 ps. Il-ħajja tal-ispostament tal-grafene f'(B) hija 1.7 ± 0.3 ps.
Imbagħad, nintegraw is-sinjal tal-pompa-sonda fuq iż-żoni indikati mill-kaxxi kkuluriti fil-Fig. 1C u nipplottjaw l-għadd li jirriżulta bħala funzjoni tad-dewmien tal-pompa-sonda fil-Fig. 3. Il-Kurva 1 fil-Fig. 3 turi d-dinamika tat-trasportaturi fotoeċċitati qrib il-qiegħ tal-medda ta' konduzzjoni tas-saff WS2 b'ħajja ta' 1.1 ± 0.1 ps miksuba minn twaħħil esponenzjali għad-dejta (ara l-Materjali Supplimentari).
Traċċi tal-pump-probe bħala funzjoni tad-dewmien miksuba billi jiġi integrat il-fotokurrent fuq iż-żona indikata mill-kaxxi fil-Fig. 1C. Il-linji ħoxnin huma tajbin esponenzjali għad-dejta. Kurva (1) Popolazzjoni ta' trasportaturi temporanji fil-medda ta' konduzzjoni ta' WS2. Kurva (2) Sinjal tal-pump-probe tal-medda π tal-grafene 'l fuq mill-potenzjal kimiku tal-ekwilibriju. Kurva (3) Sinjal tal-pump-probe tal-medda π tal-grafene taħt il-potenzjal kimiku tal-ekwilibriju. Kurva (4) Sinjal nett tal-pump-probe fil-medda ta' valenza ta' WS2. Il-ħajjiet jinstabu li huma 1.2 ± 0.1 ps f'(1), 180 ± 20 fs (qligħ) u ~2 ps (telf) f'(2), u 1.8 ± 0.2 ps f'(3).
Fil-kurvi 2 u 3 tal-Fig. 3, nuru s-sinjal tal-pump-probe tal-π-band tal-grafene. Sibna li l-qligħ ta' elettroni 'l fuq mill-potenzjal kimiku ta' ekwilibriju (kurva 2 fil-Fig. 3) għandu ħajja ħafna iqsar (180 ± 20 fs) meta mqabbel mat-telf ta' elettroni taħt il-potenzjal kimiku ta' ekwilibriju (1.8 ± 0.2 ps fil-kurva 3 Fig. 3). Barra minn hekk, il-qligħ inizjali tal-fotokurrent fil-kurva 2 tal-Fig. 3 jinstab li jinbidel f'telf f't = 400 fs b'ħajja ta' ~2 ps. L-assimetrija bejn il-qligħ u t-telf tinstab li hija assenti fis-sinjal tal-pump-probe tal-grafene ta' saff wieħed mhux mikxuf (ara l-fig. S5 fil-Materjali Supplimentari), li jindika li l-assimetrija hija konsegwenza tal-akkoppjar bejn is-saffi fl-eterostruttura WS2/grafene. L-osservazzjoni ta' qligħ għal żmien qasir u telf għal żmien twil 'il fuq u taħt il-potenzjal kimiku tal-ekwilibriju, rispettivament, tindika li l-elettroni jitneħħew b'mod effiċjenti mis-saff tal-grafene malli tiġi fotoeċċitata l-eterostruttura. B'riżultat ta' dan, is-saff tal-grafene jiġi ċċarġjat b'mod pożittiv, li huwa konsistenti maż-żieda fl-enerġija tal-irbit tal-π-band misjuba fil-Fig. 2B. Iċ-ċaqliq 'l isfel tal-π-band ineħħi d-denb ta' enerġija għolja tad-distribuzzjoni Fermi-Dirac tal-ekwilibriju minn fuq il-potenzjal kimiku tal-ekwilibriju, li parzjalment jispjega l-bidla fis-sinjal tas-sinjal tal-pompa-sonda fil-kurva 2 tal-Fig. 3. Hawn taħt se nuru li dan l-effett huwa msaħħaħ aktar bit-telf temporanju tal-elettroni fil-π-band.
Dan ix-xenarju huwa appoġġjat mis-sinjal nett tal-pump-probe tal-medda ta' valenza WS2 fil-kurva 4 tal-Fig. 3. Din id-dejta nkisbet billi ġew integrati l-għadd fuq iż-żona mogħtija mill-kaxxa s-sewda fil-Fig. 1B li taqbad l-elettroni fotoemessi mill-medda ta' valenza fid-dewmien kollu tal-pump-probe. Fi ħdan il-vireg tal-iżbalji sperimentali, ma nsibu l-ebda indikazzjoni għall-preżenza ta' toqob fil-medda ta' valenza ta' WS2 għal xi dewmien tal-pump-probe. Dan jindika li, wara l-fotoeċitazzjoni, dawn it-toqob jimtlew mill-ġdid malajr fuq skala ta' żmien qasira meta mqabbla mar-riżoluzzjoni temporali tagħna.
Biex nipprovdu prova finali għall-ipoteżi tagħna ta' separazzjoni ultraveloċi tal-ċarġ fl-eterostruttura WS2/grafina, iddeterminajna n-numru ta' toqob trasferiti għas-saff tal-grafina kif deskritt fid-dettall fil-Materjali Supplimentari. Fil-qosor, id-distribuzzjoni elettronika temporanja tal-π-band ġiet mgħammra b'distribuzzjoni Fermi-Dirac. In-numru ta' toqob imbagħad ġie kkalkulat mill-valuri riżultanti għall-potenzjal kimiku temporanja u t-temperatura elettronika. Ir-riżultat jidher fil-Fig. 4. Sibna li numru totali ta' ~5 × 1012 toqob/cm2 huma trasferiti minn WS2 għall-grafina b'ħajja esponenzjali ta' 1.5 ± 0.2 ps.
Bidla fin-numru ta' toqob fil-π-band bħala funzjoni tad-dewmien tal-pompa-sonda flimkien ma' twaħħil esponenzjali li jagħti ħajja ta' 1.5 ± 0.2 ps.
Mis-sejbiet fil-Figuri 2 sa 4, toħroġ l-istampa mikroskopika li ġejja għat-trasferiment ultraveloċi tal-ċarġ fl-eterostruttura tal-WS2/grafene (Fig. 5). Il-fotoeċċitazzjoni tal-eterostruttura tal-WS2/grafene f'2 eV tippopola b'mod dominanti l-A-eċċiton fil-WS2 (Fig. 5A). Eċċitazzjonijiet elettroniċi addizzjonali tul il-punt Dirac fil-grafene kif ukoll bejn il-WS2 u l-faxex tal-grafene huma enerġetikament possibbli iżda konsiderevolment inqas effiċjenti. It-toqob fotoeċċitati fil-faxxa tal-valenza tal-WS2 jimtlew mill-ġdid minn elettroni li joriġinaw mill-π-faxxa tal-grafene fuq skala ta' żmien qasira meta mqabbla mar-riżoluzzjoni temporali tagħna (Fig. 5A). L-elettroni fotoeċċitati fil-faxxa tal-konduzzjoni tal-WS2 għandhom ħajja ta' ~1 ps (Fig. 5B). Madankollu, jieħu ~2 ps biex jimtlew mill-ġdid it-toqob fil-π-faxxa tal-grafene (Fig. 5B). Dan jindika li, minbarra t-trasferiment dirett tal-elettroni bejn il-medda ta' konduzzjoni WS2 u l-medda π tal-grafene, jeħtieġ li jiġu kkunsidrati mogħdijiet addizzjonali ta' rilassament—possibilment permezz ta' stati difettużi (26)—biex tinftiehem id-dinamika sħiħa.
(A) Fotoeċċitazzjoni f'reżonanza għall-A-eċiton WS2 f'2 eV tinjetta elettroni fil-medda ta' konduzzjoni ta' WS2. It-toqob korrispondenti fil-medda ta' valenza ta' WS2 jimtlew mill-ġdid istantanjament b'elettroni mill-π-medda tal-grafene. (B) It-trasportaturi fotoeċċitati fil-medda ta' konduzzjoni ta' WS2 għandhom ħajja ta' madwar 1 ps. It-toqob fil-π-medda tal-grafene jgħixu għal madwar 2 ps, li jindika l-importanza ta' kanali ta' tifrix addizzjonali indikati minn vleġeġ imqattgħin. Linji suwed imqattgħin f'(A) u (B) jindikaw ċaqliq fil-medda u bidliet fil-potenzjal kimiku. (Ċ) Fl-istat tranżitorju, is-saff WS2 huwa ċċarġjat b'mod negattiv filwaqt li s-saff tal-grafene huwa ċċarġjat b'mod pożittiv. Għal eċċitazzjoni selettiva tal-ispin b'dawl polarizzat ċirkolarment, l-elettroni fotoeċċitati f'WS2 u t-toqob korrispondenti fil-grafene huma mistennija li juru polarizzazzjoni tal-ispin opposta.
Fl-istat tranżitorju, l-elettroni fotoeċċitati jinsabu fil-medda ta' konduzzjoni tal-WS2 filwaqt li t-toqob fotoeċċitati jinsabu fil-medda π tal-grafina (Fig. 5C). Dan ifisser li s-saff tal-WS2 huwa ċċarġjat b'mod negattiv u s-saff tal-grafina huwa ċċarġjat b'mod pożittiv. Dan jispjega l-bidliet fil-quċċata tranżitorji (Fig. 2), l-assimetrija tas-sinjal tal-pompa-sonda tal-grafina (kurvi 2 u 3 tal-Fig. 3), in-nuqqas ta' toqob fil-medda ta' valenza tal-WS2 (kurva 4 Fig. 3), kif ukoll it-toqob addizzjonali fil-medda π tal-grafina (Fig. 4). Il-ħajja ta' dan l-istat separat mill-ċarġ hija ta' madwar 1 ps (kurva 1 Fig. 3).
Stati tranżitorji simili separati bil-ċarġ ġew osservati f'eterostrutturi relatati ta' van der Waals magħmula minn żewġ semikondutturi b'distakk dirett b'allinjament tal-medda tat-tip II u distakk tal-medda mqassam (27–32). Wara l-fotoeċitazzjoni, instab li l-elettroni u t-toqob jiċċaqalqu malajr lejn il-qiegħ tal-medda ta' konduzzjoni u lejn il-quċċata tal-medda ta' valenza, rispettivament, li jinsabu f'saffi differenti tal-eterostruttura (27–32).
Fil-każ tal-eterostruttura WS2/grafene tagħna, l-aktar post enerġetikament favorevoli kemm għall-elettroni kif ukoll għat-toqob huwa fil-livell ta' Fermi fis-saff metalliku tal-grafene. Għalhekk, wieħed jistenna li kemm l-elettroni kif ukoll it-toqob jittrasferixxu malajr għall-π-band tal-grafene. Madankollu, il-kejl tagħna juri b'mod ċar li t-trasferiment tat-toqob (<200 fs) huwa ħafna aktar effiċjenti mit-trasferiment tal-elettroni (∼1 ps). Aħna nattribwixxu dan għall-allinjament enerġetiku relattiv tal-faxex WS2 u tal-grafene kif żvelat fil-Fig. 1A li joffri numru akbar ta' stati finali disponibbli għat-trasferiment tat-toqob meta mqabbel mat-trasferiment tal-elettroni kif antiċipat reċentement minn (14, 15). Fil-każ preżenti, jekk nassumu bandgap WS2 ta' ~2 eV, il-punt Dirac tal-grafene u l-potenzjal kimiku tal-ekwilibriju jinsabu ~0.5 u ~0.2 eV 'il fuq min-nofs tal-bandgap WS2, rispettivament, u dan ikisser is-simetrija elettron-toqba. Sibna li n-numru ta' stati finali disponibbli għat-trasferiment tat-toqob huwa madwar 6 darbiet akbar milli għat-trasferiment tal-elettroni (ara l-Materjali Supplimentari), u huwa għalhekk li t-trasferiment tat-toqob huwa mistenni li jkun aktar mgħaġġel mit-trasferiment tal-elettroni.
Madankollu, stampa mikroskopika kompluta tat-trasferiment asimmetriku ultraveloċi tal-ċarġ osservat għandha tikkunsidra wkoll is-sovrappożizzjoni bejn l-orbitali li jikkostitwixxu l-funzjoni tal-mewġa A-eċċiton f'WS2 u l-π-band tal-grafene, rispettivament, kanali differenti ta' tifrix ta' elettroni-elettroni u elettroni-fononi inklużi r-restrizzjonijiet imposti mill-konservazzjoni tal-momentum, l-enerġija, l-ispin, u l-pseudospin, l-influwenza tal-oxxillazzjonijiet tal-plażma (33), kif ukoll ir-rwol ta' eċċitazzjoni spostabbli possibbli ta' oxxillazzjonijiet koerenti tal-fononi li jistgħu jwasslu għat-trasferiment tal-ċarġ (34, 35). Barra minn hekk, wieħed jista' jispekula jekk l-istat osservat tat-trasferiment tal-ċarġ jikkonsistix f'eċċitoni ta' trasferiment ta' ċarġ jew pari ta' elettroni-toqob ħielsa (ara l-Materjali Supplimentari). Investigazzjonijiet teoretiċi ulterjuri li jmorru lil hinn mill-ambitu tad-dokument preżenti huma meħtieġa biex jiċċaraw dawn il-kwistjonijiet.
Fil-qosor, użajna tr-ARPES biex nistudjaw it-trasferiment ultraveloċi tal-ċarġ bejn is-saffi f'eterostruttura epitassjali ta' WS2/grafene. Sibna li, meta jiġu eċċitati f'reżonanza għall-A-eċiton ta' WS2 f'2 eV, it-toqob fotoeċċitati jittrasferixxu malajr fis-saff tal-grafene filwaqt li l-elettroni fotoeċċitati jibqgħu fis-saff WS2. Attribwejna dan għall-fatt li n-numru ta' stati finali disponibbli għat-trasferiment tat-toqob huwa akbar milli għat-trasferiment tal-elettroni. Il-ħajja tal-istat tranżitorju separat bil-ċarġ instabet li hija ta' madwar 1 ps. Flimkien ma' eċċitazzjoni ottika selettiva għall-ispin bl-użu ta' dawl polarizzat ċirkolarment (22–25), it-trasferiment ultraveloċi tal-ċarġ osservat jista' jkun akkumpanjat minn trasferiment tal-ispin. F'dan il-każ, l-eterostruttura ta' WS2/grafene investigata tista' tintuża għal injezzjoni effiċjenti tal-ispin ottiku fil-grafene li tirriżulta f'apparati optospintroniċi ġodda.
Il-kampjuni tal-grafina tkabbru fuq wejfers semikondutturi kummerċjali 6H-SiC(0001) minn SiCrystal GmbH. Il-wejfers iddopjati bin-N kienu fuq l-assi b'qtugħ ħażin taħt 0.5°. Is-sottostrat SiC ġie mnaqqax bl-idroġenu biex jitneħħew il-grif u jinkisbu terrazzi ċatti regolari. Il-wiċċ nadif u atomikament ċatt b'terminazzjoni tas-Si mbagħad ġie grafitizzat billi l-kampjun ġie ttemprat f'atmosfera ta' Ar f'1300°C għal 8 minuti (36). B'dan il-mod, ksibna saff wieħed tal-karbonju fejn kull tielet atomu tal-karbonju fforma rabta kovalenti mas-sottostrat SiC (37). Dan is-saff imbagħad inbidel fi grafina iddopjata bit-toqob kważi free-standing kompletament ibridizzata bl-sp2 permezz ta' interkalazzjoni tal-idroġenu (38). Dawn il-kampjuni huma msejħa grafina/H-SiC(0001). Il-proċess kollu twettaq f'kamra tat-tkabbir kummerċjali Black Magic minn Aixtron. It-tkabbir tal-WS2 twettaq f'reattur standard b'ħitan sħan permezz ta' depożizzjoni kimika tal-fwar bi pressjoni baxxa (39, 40) bl-użu ta' trabijiet WO3 u S b'proporzjon tal-massa ta' 1:100 bħala prekursuri. It-trabijiet WO3 u S inżammu f'900 u 200°C, rispettivament. It-trab WO3 tqiegħed qrib is-sottostrat. L-argon intuża bħala gass trasportatur bi fluss ta' 8 sccm. Il-pressjoni fir-reattur inżammet f'0.5 mbar. Il-kampjuni ġew ikkaratterizzati b'mikroskopija elettronika sekondarja, mikroskopija tal-forza atomika, Raman, u spettroskopija ta' fotoluminexxenza, kif ukoll diffrazzjoni elettronika b'enerġija baxxa. Dawn il-kejl żvelaw żewġ dominji kristallini singoli differenti tal-WS2 fejn jew id-direzzjoni ΓK- jew id-direzzjoni ΓK'- hija allinjata mad-direzzjoni ΓK- tas-saff tal-grafina. It-tulijiet tal-ġnub tad-dominju varjaw bejn 300 u 700 nm, u l-kopertura totali tal-WS2 ġiet approssimata għal madwar 40%, adattata għall-analiżi ARPES.
L-esperimenti statiċi tal-ARPES twettqu b'analizzatur emisferiku (SPECS PHOIBOS 150) bl-użu ta' sistema ta' apparat-ditekter akkoppjat biċ-ċarġ għad-detezzjoni bidimensjonali tal-enerġija u l-momentum tal-elettroni. Radjazzjoni He Iα monokromatika mhux polarizzata (21.2 eV) ta' sors ta' skarika He ta' fluss għoli (VG Scienta VUV5000) intużat għall-esperimenti kollha tal-fotoemissjoni. L-enerġija u r-riżoluzzjoni angolari fl-esperimenti tagħna kienu aħjar minn 30 meV u 0.3° (li jikkorrispondu għal 0.01 Å−1), rispettivament. L-esperimenti kollha twettqu f'temperatura tal-kamra. L-ARPES hija teknika estremament sensittiva għall-wiċċ. Biex jitneħħew il-fotoelettroni kemm mis-saff tal-WS2 kif ukoll mis-saff tal-grafina, intużaw kampjuni b'kopertura mhux kompluta tal-WS2 ta' madwar 40%.
Is-setup tat-tr-ARPES kien ibbażat fuq amplifikatur tat-Titanium:Sapphire ta' 1-kHz (Coherent Legend Elite Duo). Qawwa tal-ħruġ ta' 2 mJ intużat għall-ġenerazzjoni ta' armoniċi għoljin fl-argon. Id-dawl ultravjola estrem li rriżulta għadda minn monokromatur tal-gradilja li pproduċa impulsi ta' sonda ta' 100-fs b'enerġija ta' foton ta' 26-eV. Qawwa tal-ħruġ tal-amplifikatur ta' 8mJ intbagħtet f'amplifikatur parametriku ottiku (HE-TOPAS minn Light Conversion). Ir-raġġ tas-sinjal b'enerġija ta' foton ta' 1-eV ġie rduppjat fil-frekwenza fi kristall beta barium borate biex jinkisbu l-impulsi tal-pompa ta' 2-eV. Il-kejl tat-tr-ARPES sar b'analizzatur emisferiku (SPECS PHOIBOS 100). Ir-riżoluzzjoni ġenerali tal-enerġija u temporali kienet ta' 240 meV u 200 fs, rispettivament.
Materjal supplimentari għal dan l-artiklu huwa disponibbli fuq http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/20/eaay0761/DC1
Dan huwa artiklu b'aċċess miftuħ imqassam skont it-termini tal-liċenzja Creative Commons Attribution-NonCommercial, li tippermetti l-użu, id-distribuzzjoni, u r-riproduzzjoni fi kwalunkwe mezz, sakemm l-użu li jirriżulta ma jkunx għal vantaġġ kummerċjali u sakemm ix-xogħol oriġinali jiġi ċċitat kif suppost.
NOTA: Nitolbuk l-indirizz elettroniku tiegħek biss sabiex il-persuna li qed tirrakkomanda l-paġna lilha tkun taf li ridt li taraha, u li mhijiex posta mhux mixtieqa. Ma naqbdu l-ebda indirizz elettroniku.
Din il-mistoqsija hija biex tittestja jekk intix viżitatur uman jew le u biex tevita sottomissjonijiet awtomatizzati ta' spam.
Minn Sven Aeschlimann, Antonio Rossi, Mariana Chávez-Cervantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmüller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz
Aħna niżvelaw separazzjoni ultraveloċi tal-ċarġ f'eterostruttura WS2/grafene li possibilment tippermetti injezzjoni ta' spin ottiku fil-grafene.
Minn Sven Aeschlimann, Antonio Rossi, Mariana Chávez-Cervantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmüller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz
Aħna niżvelaw separazzjoni ultraveloċi tal-ċarġ f'eterostruttura WS2/grafene li possibilment tippermetti injezzjoni ta' spin ottiku fil-grafene.
© 2020 Assoċjazzjoni Amerikana għall-Avvanz tax-Xjenza. Id-drittijiet kollha riżervati. AAAS hija sieħba ta' HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef u COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.
Ħin tal-posta: 25 ta' Mejju 2020