ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਵਿੱਚ ਕੁਸ਼ਲ ਅਲਟਰਾਫਾਸਟ ਚਾਰਜ ਵਿਭਾਜਨ ਲਈ ਸਿੱਧਾ ਸਬੂਤ

ਅਸੀਂ ਮੋਨੋਲੇਅਰ WS2 ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਤੋਂ ਬਣੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਵਿੱਚ ਅਲਟਰਾਫਾਸਟ ਚਾਰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕਰਨ ਲਈ ਸਮਾਂ- ਅਤੇ ਕੋਣ-ਹੱਲ ਕੀਤੇ ਫੋਟੋਐਮੀਸ਼ਨ ਸਪੈਕਟ੍ਰੋਸਕੋਪੀ (tr-ARPES) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹਾਂ। ਇਹ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਇੱਕ ਡਾਇਰੈਕਟ-ਗੈਪ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਦੇ ਫਾਇਦਿਆਂ ਨੂੰ ਮਜ਼ਬੂਤ ​​ਸਪਿਨ-ਔਰਬਿਟ ਕਪਲਿੰਗ ਅਤੇ ਇੱਕ ਸੈਮੀਮੈਟਲ ਹੋਸਟਿੰਗ ਮਾਸਲੈੱਸ ਕੈਰੀਅਰਾਂ ਦੇ ਨਾਲ ਬਹੁਤ ਉੱਚ ਗਤੀਸ਼ੀਲਤਾ ਅਤੇ ਲੰਬੇ ਸਪਿਨ ਲਾਈਫਟਾਈਮ ਦੇ ਨਾਲ ਮਜ਼ਬੂਤ ​​ਲਾਈਟ-ਮੈਟਰ ਇੰਟਰੈਕਸ਼ਨ ਨੂੰ ਜੋੜਦਾ ਹੈ। ਅਸੀਂ ਪਾਇਆ ਹੈ ਕਿ, WS2 ਵਿੱਚ A-ਐਕਸਾਈਟਨ ਦੇ ਰੈਜ਼ੋਨੈਂਸ 'ਤੇ ਫੋਟੋਐਕਸਿਟੇਸ਼ਨ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਫੋਟੋਐਕਸਿਟੇਡ ਹੋਲ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਹੋ ਜਾਂਦੇ ਹਨ ਜਦੋਂ ਕਿ ਫੋਟੋਐਕਸਿਟੇਡ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ WS2 ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਰਹਿੰਦੇ ਹਨ। ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਚਾਰਜ-ਵੱਖ ਕੀਤੀ ਗਈ ਅਸਥਾਈ ਸਥਿਤੀ ਦਾ ਜੀਵਨ ਕਾਲ ∼1 ps ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਅਸੀਂ ਆਪਣੀਆਂ ਖੋਜਾਂ ਨੂੰ ਉੱਚ-ਰੈਜ਼ੋਲਿਊਸ਼ਨ ARPES ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਗਟ ਕੀਤੇ ਗਏ WS2 ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਬੈਂਡਾਂ ਦੇ ਸਾਪੇਖਿਕ ਅਲਾਈਨਮੈਂਟ ਕਾਰਨ ਸਕੈਟਰਿੰਗ ਫੇਜ਼ ਸਪੇਸ ਵਿੱਚ ਅੰਤਰਾਂ ਨੂੰ ਜ਼ਿੰਮੇਵਾਰ ਠਹਿਰਾਉਂਦੇ ਹਾਂ। ਸਪਿਨ-ਚੋਣਵੇਂ ਆਪਟੀਕਲ ਐਕਸਾਈਟੇਸ਼ਨ ਦੇ ਨਾਲ, ਜਾਂਚ ਕੀਤਾ ਗਿਆ WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਵਿੱਚ ਕੁਸ਼ਲ ਆਪਟੀਕਲ ਸਪਿਨ ਇੰਜੈਕਸ਼ਨ ਲਈ ਇੱਕ ਪਲੇਟਫਾਰਮ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ।

ਬਹੁਤ ਸਾਰੇ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਦੋ-ਅਯਾਮੀ ਪਦਾਰਥਾਂ ਦੀ ਉਪਲਬਧਤਾ ਨੇ ਅਨੁਕੂਲਿਤ ਡਾਈਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਸਕ੍ਰੀਨਿੰਗ ਅਤੇ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਨੇੜਤਾ-ਪ੍ਰੇਰਿਤ ਪ੍ਰਭਾਵਾਂ (1–3) ਦੇ ਅਧਾਰ ਤੇ ਪੂਰੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਨਵੀਂ ਕਾਰਜਸ਼ੀਲਤਾਵਾਂ ਦੇ ਨਾਲ ਨਵੇਂ ਅੰਤ ਵਿੱਚ ਪਤਲੇ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਬਣਾਉਣ ਦੀ ਸੰਭਾਵਨਾ ਖੋਲ੍ਹ ਦਿੱਤੀ ਹੈ। ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕਸ ਅਤੇ ਆਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕਸ ਦੇ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਭਵਿੱਖ ਦੀਆਂ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਲਈ ਸਿਧਾਂਤ ਦੇ ਸਬੂਤ ਵਾਲੇ ਯੰਤਰ ਬਣਾਏ ਗਏ ਹਨ (4–6)।

ਇੱਥੇ, ਅਸੀਂ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਵੈਨ ਡੇਰ ਵਾਲਸ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ 'ਤੇ ਧਿਆਨ ਕੇਂਦਰਿਤ ਕਰਦੇ ਹਾਂ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਮੋਨੋਲੇਅਰ WS2, ਇੱਕ ਡਾਇਰੈਕਟ-ਗੈਪ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਮਜ਼ਬੂਤ ​​ਸਪਿਨ-ਔਰਬਿਟ ਕਪਲਿੰਗ ਹੈ ਅਤੇ ਟੁੱਟੀ ਹੋਈ ਇਨਵਰਸ਼ਨ ਸਮਰੂਪਤਾ (7) ਦੇ ਕਾਰਨ ਬੈਂਡ ਸਟ੍ਰਕਚਰ ਦਾ ਇੱਕ ਵੱਡਾ ਸਪਿਨ ਸਪਲਿਟਿੰਗ ਹੈ, ਅਤੇ ਮੋਨੋਲੇਅਰ ਗ੍ਰਾਫੀਨ, ਕੋਨਿਕਲ ਬੈਂਡ ਸਟ੍ਰਕਚਰ ਅਤੇ ਬਹੁਤ ਉੱਚ ਕੈਰੀਅਰ ਗਤੀਸ਼ੀਲਤਾ (8) ਵਾਲਾ ਇੱਕ ਸੈਮੀਮੈਟਲ, ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ-ਟਰਮੀਨੇਟਡ SiC(0001) 'ਤੇ ਉਗਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਅਲਟਰਾਫਾਸਟ ਚਾਰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ (9–15) ਅਤੇ ਨੇੜਤਾ-ਪ੍ਰੇਰਿਤ ਸਪਿਨ-ਔਰਬਿਟ ਕਪਲਿੰਗ ਪ੍ਰਭਾਵਾਂ (16–18) ਲਈ ਪਹਿਲੇ ਸੰਕੇਤ WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਅਤੇ ਸਮਾਨ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਨੂੰ ਭਵਿੱਖ ਦੇ ਆਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ (19) ਅਤੇ ਆਪਟੋਸਪਿੰਟ੍ਰੋਨਿਕ (20) ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਲਈ ਵਾਅਦਾ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਉਮੀਦਵਾਰ ਬਣਾਉਂਦੇ ਹਨ।

ਅਸੀਂ ਸਮਾਂ- ਅਤੇ ਕੋਣ-ਹੱਲ ਕੀਤੇ ਫੋਟੋਐਮੀਸ਼ਨ ਸਪੈਕਟ੍ਰੋਸਕੋਪੀ (tr-ARPES) ਨਾਲ WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਵਿੱਚ ਫੋਟੋਜਨਰੇਟ ਕੀਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਹੋਲ ਜੋੜਿਆਂ ਦੇ ਆਰਾਮ ਮਾਰਗਾਂ ਨੂੰ ਪ੍ਰਗਟ ਕਰਨ ਲਈ ਨਿਕਲੇ। ਇਸ ਉਦੇਸ਼ ਲਈ, ਅਸੀਂ WS2 (21, 12) ਵਿੱਚ A-ਐਕਸਾਈਟਨ ਦੇ ਪ੍ਰਤੀ ਗੂੰਜਦੇ 2-eV ਪੰਪ ਪਲਸਾਂ ਨਾਲ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਨੂੰ ਉਤੇਜਿਤ ਕਰਦੇ ਹਾਂ ਅਤੇ 26-eV ਫੋਟੋਨ ਊਰਜਾ 'ਤੇ ਦੂਜੀ ਵਾਰ-ਦੇਰੀ ਨਾਲ ਪ੍ਰੋਬ ਪਲਸ ਨਾਲ ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਨੂੰ ਬਾਹਰ ਕੱਢਦੇ ਹਾਂ। ਅਸੀਂ ਮੋਮੈਂਟਮ-, ਊਰਜਾ-, ਅਤੇ ਸਮਾਂ-ਹੱਲ ਕੀਤੇ ਕੈਰੀਅਰ ਡਾਇਨਾਮਿਕਸ ਤੱਕ ਪਹੁੰਚ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਲਈ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਦੇਰੀ ਦੇ ਫੰਕਸ਼ਨ ਵਜੋਂ ਇੱਕ ਗੋਲਾਕਾਰ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਕ ਨਾਲ ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਾਂ ਦੀ ਗਤੀ ਊਰਜਾ ਅਤੇ ਨਿਕਾਸ ਕੋਣ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕਰਦੇ ਹਾਂ। ਊਰਜਾ ਅਤੇ ਸਮਾਂ ਰੈਜ਼ੋਲੂਸ਼ਨ ਕ੍ਰਮਵਾਰ 240 meV ਅਤੇ 200 fs ਹੈ।

ਸਾਡੇ ਨਤੀਜੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਲੀ ਅਲਾਈਨਡ ਲੇਅਰਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਅਲਟਰਾਫਾਸਟ ਚਾਰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਲਈ ਸਿੱਧੇ ਸਬੂਤ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਜੋ ਕਿ ਲੇਅਰਾਂ ਦੇ ਮਨਮਾਨੇ ਅਜ਼ੀਮੂਥਲ ਅਲਾਈਨਮੈਂਟ (9-15) ਦੇ ਨਾਲ ਸਮਾਨ ਹੱਥੀਂ ਇਕੱਠੇ ਕੀਤੇ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਵਿੱਚ ਆਲ-ਆਪਟੀਕਲ ਤਕਨੀਕਾਂ ਦੇ ਅਧਾਰ ਤੇ ਪਹਿਲੇ ਸੰਕੇਤਾਂ ਦੀ ਪੁਸ਼ਟੀ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਅਸੀਂ ਦਿਖਾਉਂਦੇ ਹਾਂ ਕਿ ਇਹ ਚਾਰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਬਹੁਤ ਅਸਮਿਤ ਹੈ। ਸਾਡੇ ਮਾਪ ਕ੍ਰਮਵਾਰ WS2 ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਸਥਿਤ ਫੋਟੋਐਕਸਾਈਟਿਡ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਅਤੇ ਛੇਕਾਂ ਦੇ ਨਾਲ ਇੱਕ ਪਹਿਲਾਂ ਅਣਦੇਖੀ ਚਾਰਜ-ਵੱਖ ਕੀਤੀ ਅਸਥਾਈ ਸਥਿਤੀ ਨੂੰ ਪ੍ਰਗਟ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਜੋ ਕਿ ∼1 ​​ps ਲਈ ਰਹਿੰਦਾ ਹੈ। ਅਸੀਂ ਉੱਚ-ਰੈਜ਼ੋਲਿਊਸ਼ਨ ARPES ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਗਟ ਕੀਤੇ ਗਏ WS2 ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਬੈਂਡਾਂ ਦੇ ਸਾਪੇਖਿਕ ਅਲਾਈਨਮੈਂਟ ਕਾਰਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਅਤੇ ਹੋਲ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਲਈ ਸਕੈਟਰਿੰਗ ਫੇਜ਼ ਸਪੇਸ ਵਿੱਚ ਅੰਤਰ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਆਪਣੀਆਂ ਖੋਜਾਂ ਦੀ ਵਿਆਖਿਆ ਕਰਦੇ ਹਾਂ। ਸਪਿਨ- ਅਤੇ ਵੈਲੀ-ਚੋਣਵੇਂ ਆਪਟੀਕਲ ਐਕਸਾਈਟੇਸ਼ਨ (22-25) ਦੇ ਨਾਲ ਜੋੜ ਕੇ WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਵਿੱਚ ਕੁਸ਼ਲ ਅਲਟਰਾਫਾਸਟ ਆਪਟੀਕਲ ਸਪਿਨ ਇੰਜੈਕਸ਼ਨ ਲਈ ਇੱਕ ਨਵਾਂ ਪਲੇਟਫਾਰਮ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਨ।

ਚਿੱਤਰ 1A ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਹੀਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਦੇ ΓK-ਦਿਸ਼ਾ ਦੇ ਨਾਲ ਬੈਂਡ ਸਟ੍ਰਕਚਰ ਦੇ ਇੱਕ ਹੀਲੀਅਮ ਲੈਂਪ ਨਾਲ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੇ ਗਏ ਇੱਕ ਉੱਚ-ਰੈਜ਼ੋਲੂਸ਼ਨ ARPES ਮਾਪ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਡੀਰਾਕ ਕੋਨ ਨੂੰ ਸੰਤੁਲਨ ਰਸਾਇਣਕ ਸੰਭਾਵੀ ਤੋਂ ~0.3 eV ਉੱਪਰ ਸਥਿਤ ਡੀਰਾਕ ਬਿੰਦੂ ਨਾਲ ਛੇਕ-ਡੋਪ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਸਪਿਨ-ਸਪਲਿਟ WS2 ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਦਾ ਸਿਖਰ ਸੰਤੁਲਨ ਰਸਾਇਣਕ ਸੰਭਾਵੀ ਤੋਂ ~1.2 eV ਹੇਠਾਂ ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ।

(A) ਇੱਕ ਅਨਪੋਲਰਾਈਜ਼ਡ ਹੀਲੀਅਮ ਲੈਂਪ ਨਾਲ ΓK-ਦਿਸ਼ਾ ਦੇ ਨਾਲ ਮਾਪਿਆ ਗਿਆ ਸੰਤੁਲਨ ਫੋਟੋਕਰੰਟ। (B) 26-eV ਫੋਟੋਨ ਊਰਜਾ 'ਤੇ p-ਪੋਲਰਾਈਜ਼ਡ ਅਤਿ ਅਲਟਰਾਵਾਇਲਟ ਪਲਸਾਂ ਨਾਲ ਮਾਪਿਆ ਗਿਆ ਨੈਗੇਟਿਵ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਦੇਰੀ ਲਈ ਫੋਟੋਕਰੰਟ। ਡੈਸ਼ਡ ਸਲੇਟੀ ਅਤੇ ਲਾਲ ਲਾਈਨਾਂ ਚਿੱਤਰ 2 ਵਿੱਚ ਅਸਥਾਈ ਸਿਖਰ ਸਥਿਤੀਆਂ ਨੂੰ ਕੱਢਣ ਲਈ ਵਰਤੇ ਗਏ ਲਾਈਨ ਪ੍ਰੋਫਾਈਲਾਂ ਦੀ ਸਥਿਤੀ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੀਆਂ ਹਨ। (C) 2 mJ/cm2 ਦੇ ਪੰਪ ਫਲੂਐਂਸ ਦੇ ਨਾਲ 2 eV ਦੀ ਪੰਪ ਫੋਟੋਨ ਊਰਜਾ 'ਤੇ ਫੋਟੋਐਕਸੀਟੇਸ਼ਨ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਫੋਟੋਕਰੰਟ 200 fs ਦੇ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੇਰਿਤ ਬਦਲਾਅ। ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਦਾ ਲਾਭ ਅਤੇ ਨੁਕਸਾਨ ਕ੍ਰਮਵਾਰ ਲਾਲ ਅਤੇ ਨੀਲੇ ਰੰਗ ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਬਕਸੇ ਚਿੱਤਰ 3 ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਟਰੇਸ ਲਈ ਏਕੀਕਰਨ ਦੇ ਖੇਤਰ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ।

ਚਿੱਤਰ 1B ਪੰਪ ਪਲਸ ਦੇ ਆਉਣ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਨੈਗੇਟਿਵ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਦੇਰੀ 'ਤੇ 26-eV ਫੋਟੋਨ ਊਰਜਾ 'ਤੇ 100-fs ਅਤਿਅੰਤ ਅਲਟਰਾਵਾਇਲਟ ਪਲਸਾਂ ਨਾਲ ਮਾਪੇ ਗਏ WS2 ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ K-ਪੁਆਇੰਟਾਂ ਦੇ ਨੇੜੇ ਬੈਂਡ ਢਾਂਚੇ ਦਾ ਇੱਕ tr-ARPES ਸਨੈਪਸ਼ਾਟ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਇੱਥੇ, ਨਮੂਨੇ ਦੇ ਡਿਗਰੇਡੇਸ਼ਨ ਅਤੇ 2-eV ਪੰਪ ਪਲਸ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਦੇ ਕਾਰਨ ਸਪਿਨ ਸਪਲਿਟਿੰਗ ਹੱਲ ਨਹੀਂ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਜੋ ਸਪੈਕਟ੍ਰਲ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਦੇ ਸਪੇਸ ਚਾਰਜ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣਦੀ ਹੈ। ਚਿੱਤਰ 1C ਚਿੱਤਰ 1B ਦੇ ਸੰਬੰਧ ਵਿੱਚ ਫੋਟੋਕਰੰਟ ਦੇ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੇਰਿਤ ਬਦਲਾਅ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ। 200 fs ਦੀ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਦੇਰੀ 'ਤੇ ਜਿੱਥੇ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਸਿਗਨਲ ਆਪਣੀ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਪਹੁੰਚਦਾ ਹੈ। ਲਾਲ ਅਤੇ ਨੀਲੇ ਰੰਗ ਕ੍ਰਮਵਾਰ ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਾਂ ਦੇ ਲਾਭ ਅਤੇ ਨੁਕਸਾਨ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ।

ਇਸ ਅਮੀਰ ਗਤੀਸ਼ੀਲਤਾ ਦਾ ਹੋਰ ਵਿਸਥਾਰ ਵਿੱਚ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਕਰਨ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਪਹਿਲਾਂ ਚਿੱਤਰ 1B ਵਿੱਚ ਡੈਸ਼ਡ ਲਾਈਨਾਂ ਦੇ ਨਾਲ WS2 ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ π-ਬੈਂਡ ਦੀਆਂ ਅਸਥਾਈ ਸਿਖਰ ਸਥਿਤੀਆਂ ਦਾ ਪਤਾ ਲਗਾਉਂਦੇ ਹਾਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਪੂਰਕ ਸਮੱਗਰੀ ਵਿੱਚ ਵਿਸਥਾਰ ਵਿੱਚ ਦੱਸਿਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਅਸੀਂ ਪਾਇਆ ਹੈ ਕਿ WS2 ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ 90 meV (ਚਿੱਤਰ 2A) ਦੁਆਰਾ ਉੱਪਰ ਵੱਲ ਸ਼ਿਫਟ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ π-ਬੈਂਡ 50 meV (ਚਿੱਤਰ 2B) ਦੁਆਰਾ ਹੇਠਾਂ ਸ਼ਿਫਟ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਹਨਾਂ ਸ਼ਿਫਟਾਂ ਦਾ ਘਾਤਕ ਜੀਵਨ ਕਾਲ WS2 ਦੇ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਲਈ 1.2 ± 0.1 ps ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ π-ਬੈਂਡ ਲਈ 1.7 ± 0.3 ps ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਇਹ ਸਿਖਰ ਸ਼ਿਫਟਾਂ ਦੋ ਪਰਤਾਂ ਦੇ ਇੱਕ ਅਸਥਾਈ ਚਾਰਜਿੰਗ ਦਾ ਪਹਿਲਾ ਸਬੂਤ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਦੀਆਂ ਹਨ, ਜਿੱਥੇ ਵਾਧੂ ਸਕਾਰਾਤਮਕ (ਨਕਾਰਾਤਮਕ) ਚਾਰਜ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਅਵਸਥਾਵਾਂ ਦੀ ਬਾਈਡਿੰਗ ਊਰਜਾ ਨੂੰ ਵਧਾਉਂਦਾ ਹੈ (ਘਟਾਉਂਦਾ ਹੈ)। ਧਿਆਨ ਦਿਓ ਕਿ WS2 ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਦਾ ਉੱਪਰ ਵੱਲ ਸ਼ਿਫਟ ਚਿੱਤਰ 1C ਵਿੱਚ ਬਲੈਕ ਬਾਕਸ ਦੁਆਰਾ ਚਿੰਨ੍ਹਿਤ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਮੁੱਖ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਸਿਗਨਲ ਲਈ ਜ਼ਿੰਮੇਵਾਰ ਹੈ।

ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਦੇਰੀ ਦੇ ਫੰਕਸ਼ਨ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ WS2 ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ (A) ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ π-ਬੈਂਡ (B) ਦੀ ਸਿਖਰ ਸਥਿਤੀ ਵਿੱਚ ਤਬਦੀਲੀ, ਘਾਤਕ ਫਿੱਟਾਂ (ਮੋਟੀਆਂ ਲਾਈਨਾਂ) ਦੇ ਨਾਲ। WS2 ਸ਼ਿਫਟ ਇਨ (A) ਦਾ ਜੀਵਨ ਕਾਲ 1.2 ± 0.1 ps ਹੈ। (B) ਵਿੱਚ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਸ਼ਿਫਟ ਦਾ ਜੀਵਨ ਕਾਲ 1.7 ± 0.3 ps ਹੈ।

ਅੱਗੇ, ਅਸੀਂ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਸਿਗਨਲ ਨੂੰ ਚਿੱਤਰ 1C ਵਿੱਚ ਰੰਗੀਨ ਬਕਸਿਆਂ ਦੁਆਰਾ ਦਰਸਾਏ ਗਏ ਖੇਤਰਾਂ ਉੱਤੇ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਕਰਦੇ ਹਾਂ ਅਤੇ ਚਿੱਤਰ 3 ਵਿੱਚ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਦੇਰੀ ਦੇ ਇੱਕ ਫੰਕਸ਼ਨ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਗਿਣਤੀਆਂ ਨੂੰ ਪਲਾਟ ਕਰਦੇ ਹਾਂ। ਚਿੱਤਰ 3 ਵਿੱਚ ਕਰਵ 1 WS2 ਪਰਤ ਦੇ ਸੰਚਾਲਨ ਬੈਂਡ ਦੇ ਹੇਠਲੇ ਹਿੱਸੇ ਦੇ ਨੇੜੇ ਫੋਟੋਐਕਸਾਈਟਿਡ ਕੈਰੀਅਰਾਂ ਦੀ ਗਤੀਸ਼ੀਲਤਾ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਜਿਸਦੀ ਉਮਰ ਡੇਟਾ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਘਾਤਕ ਫਿੱਟ ਤੋਂ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਗਈ 1.1 ± 0.1 ps ਹੈ (ਪੂਰਕ ਸਮੱਗਰੀ ਵੇਖੋ)।

ਚਿੱਤਰ 1C ਵਿੱਚ ਦਰਸਾਏ ਗਏ ਖੇਤਰ ਉੱਤੇ ਫੋਟੋਕਰੰਟ ਨੂੰ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਕਰਕੇ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੇ ਗਏ ਦੇਰੀ ਦੇ ਫੰਕਸ਼ਨ ਵਜੋਂ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਟਰੇਸ। ਮੋਟੀਆਂ ਰੇਖਾਵਾਂ ਡੇਟਾ ਦੇ ਘਾਤਕ ਫਿੱਟ ਹਨ। ਕਰਵ (1) WS2 ਦੇ ਸੰਚਾਲਨ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਅਸਥਾਈ ਕੈਰੀਅਰ ਆਬਾਦੀ। ਕਰਵ (2) ਸੰਤੁਲਨ ਰਸਾਇਣਕ ਸੰਭਾਵੀ ਤੋਂ ਉੱਪਰ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਦੇ π-ਬੈਂਡ ਦਾ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਸਿਗਨਲ। ਕਰਵ (3) ਸੰਤੁਲਨ ਰਸਾਇਣਕ ਸੰਭਾਵੀ ਤੋਂ ਹੇਠਾਂ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਦੇ π-ਬੈਂਡ ਦਾ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਸਿਗਨਲ। ਕਰਵ (4) WS2 ਦੇ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਨੈੱਟ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਸਿਗਨਲ। ਜੀਵਨ ਕਾਲ 1.2 ± 0.1 ps in (1), 180 ± 20 fs (ਲਾਭ) ਅਤੇ ∼2 ps (ਨੁਕਸਾਨ) in (2), ਅਤੇ 1.8 ± 0.2 ps in (3) ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ।

ਚਿੱਤਰ 3 ਦੇ ਵਕਰ 2 ਅਤੇ 3 ਵਿੱਚ, ਅਸੀਂ ਗ੍ਰਾਫੀਨ π-ਬੈਂਡ ਦੇ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਸਿਗਨਲ ਨੂੰ ਦਿਖਾਉਂਦੇ ਹਾਂ। ਅਸੀਂ ਪਾਇਆ ਹੈ ਕਿ ਸੰਤੁਲਨ ਰਸਾਇਣਕ ਸੰਭਾਵੀ (ਚਿੱਤਰ 3 ਵਿੱਚ ਵਕਰ 2) ਤੋਂ ਉੱਪਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੇ ਲਾਭ ਦਾ ਜੀਵਨ ਕਾਲ ਬਹੁਤ ਘੱਟ ਹੈ (180 ± 20 fs) ਸੰਤੁਲਨ ਰਸਾਇਣਕ ਸੰਭਾਵੀ (ਚਿੱਤਰ 3 ਵਿੱਚ 1.8 ± 0.2 ps) ਤੋਂ ਹੇਠਾਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੇ ਨੁਕਸਾਨ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਚਿੱਤਰ 3 ਦੇ ਵਕਰ 2 ਵਿੱਚ ਫੋਟੋਕਰੰਟ ਦਾ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਲਾਭ t = 400 fs 'ਤੇ ~2 ps ਦੇ ਜੀਵਨ ਕਾਲ ਦੇ ਨਾਲ ਨੁਕਸਾਨ ਵਿੱਚ ਬਦਲਦਾ ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਅਣਕਵਰਡ ਮੋਨੋਲੇਅਰ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਦੇ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਸਿਗਨਲ ਵਿੱਚ ਲਾਭ ਅਤੇ ਨੁਕਸਾਨ ਵਿਚਕਾਰ ਅਸਮਿਤਤਾ ਗੈਰਹਾਜ਼ਰ ਪਾਈ ਗਈ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਸਮੱਗਰੀ ਵਿੱਚ ਚਿੱਤਰ S5 ਵੇਖੋ), ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਅਸਮਿਤਤਾ WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਵਿੱਚ ਇੰਟਰਲੇਅਰ ਕਪਲਿੰਗ ਦਾ ਨਤੀਜਾ ਹੈ। ਸੰਤੁਲਨ ਰਸਾਇਣਕ ਸੰਭਾਵੀ ਦੇ ਉੱਪਰ ਅਤੇ ਹੇਠਾਂ ਕ੍ਰਮਵਾਰ ਥੋੜ੍ਹੇ ਸਮੇਂ ਦੇ ਲਾਭ ਅਤੇ ਲੰਬੇ ਸਮੇਂ ਦੇ ਨੁਕਸਾਨ ਦਾ ਨਿਰੀਖਣ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਦੇ ਫੋਟੋਐਕਸਿਟੇਸ਼ਨ 'ਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਪਰਤ ਤੋਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਨੂੰ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਨਾਲ ਹਟਾ ਦਿੱਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ, ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਪਰਤ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਚਾਰਜ ਹੋ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਚਿੱਤਰ 2B ਵਿੱਚ ਪਾਏ ਗਏ π-ਬੈਂਡ ਦੀ ਬਾਈਡਿੰਗ ਊਰਜਾ ਵਿੱਚ ਵਾਧੇ ਦੇ ਅਨੁਕੂਲ ਹੈ। π-ਬੈਂਡ ਦਾ ਡਾਊਨਸ਼ਿਫਟ ਸੰਤੁਲਨ ਰਸਾਇਣਕ ਸੰਭਾਵੀ ਦੇ ਉੱਪਰੋਂ ਸੰਤੁਲਨ ਫਰਮੀ-ਡਾਇਰੈਕ ਵੰਡ ਦੀ ਉੱਚ-ਊਰਜਾ ਪੂਛ ਨੂੰ ਹਟਾ ਦਿੰਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਅੰਸ਼ਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਚਿੱਤਰ 3 ਦੇ ਕਰਵ 2 ਵਿੱਚ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਸਿਗਨਲ ਦੇ ਚਿੰਨ੍ਹ ਦੇ ਬਦਲਾਅ ਦੀ ਵਿਆਖਿਆ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਅਸੀਂ ਹੇਠਾਂ ਦਿਖਾਵਾਂਗੇ ਕਿ ਇਹ ਪ੍ਰਭਾਵ π-ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੇ ਅਸਥਾਈ ਨੁਕਸਾਨ ਦੁਆਰਾ ਹੋਰ ਵਧਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।

ਇਹ ਦ੍ਰਿਸ਼ ਚਿੱਤਰ 3 ਦੇ ਕਰਵ 4 ਵਿੱਚ WS2 ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਦੇ ਨੈੱਟ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਸਿਗਨਲ ਦੁਆਰਾ ਸਮਰਥਤ ਹੈ। ਇਹ ਡੇਟਾ ਚਿੱਤਰ 1B ਵਿੱਚ ਬਲੈਕ ਬਾਕਸ ਦੁਆਰਾ ਦਿੱਤੇ ਗਏ ਖੇਤਰ ਉੱਤੇ ਗਿਣਤੀਆਂ ਨੂੰ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਕਰਕੇ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ ਜੋ ਸਾਰੇ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਦੇਰੀ 'ਤੇ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਤੋਂ ਫੋਟੋ-ਨਿਕਲਣ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਨੂੰ ਕੈਪਚਰ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਗਲਤੀ ਬਾਰਾਂ ਦੇ ਅੰਦਰ, ਸਾਨੂੰ ਕਿਸੇ ਵੀ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਦੇਰੀ ਲਈ WS2 ਦੇ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਛੇਕਾਂ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਲਈ ਕੋਈ ਸੰਕੇਤ ਨਹੀਂ ਮਿਲਦਾ। ਇਹ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ, ਫੋਟੋਐਕਸੀਟੇਸ਼ਨ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਇਹ ਛੇਕ ਸਾਡੇ ਟੈਂਪੋਰਲ ਰੈਜ਼ੋਲਿਊਸ਼ਨ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਛੋਟੇ ਸਮੇਂ ਦੇ ਪੈਮਾਨੇ 'ਤੇ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਭਰੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ।

WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਵਿੱਚ ਅਲਟਰਾਫਾਸਟ ਚਾਰਜ ਵਿਭਾਜਨ ਦੀ ਸਾਡੀ ਪਰਿਕਲਪਨਾ ਲਈ ਅੰਤਿਮ ਸਬੂਤ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਨ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਸਪਲੀਮੈਂਟਰੀ ਮਟੀਰੀਅਲਜ਼ ਵਿੱਚ ਵਿਸਥਾਰ ਵਿੱਚ ਦੱਸੇ ਅਨੁਸਾਰ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਕੀਤੇ ਗਏ ਛੇਕਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕਰਦੇ ਹਾਂ। ਸੰਖੇਪ ਵਿੱਚ, π-ਬੈਂਡ ਦੀ ਅਸਥਾਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਵੰਡ ਨੂੰ ਫਰਮੀ-ਡਾਇਰੈਕ ਵੰਡ ਨਾਲ ਫਿੱਟ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਫਿਰ ਛੇਕਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਨੂੰ ਅਸਥਾਈ ਰਸਾਇਣਕ ਸੰਭਾਵੀ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਤਾਪਮਾਨ ਲਈ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਮੁੱਲਾਂ ਤੋਂ ਗਿਣਿਆ ਗਿਆ ਸੀ। ਨਤੀਜਾ ਚਿੱਤਰ 4 ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਅਸੀਂ ਦੇਖਦੇ ਹਾਂ ਕਿ ∼5 × 1012 ਛੇਕ/cm2 ਦੀ ਕੁੱਲ ਸੰਖਿਆ WS2 ਤੋਂ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਵਿੱਚ 1.5 ± 0.2 ps ਦੇ ਘਾਤਕ ਜੀਵਨ ਕਾਲ ਨਾਲ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।

ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਦੇਰੀ ਦੇ ਫੰਕਸ਼ਨ ਦੇ ਤੌਰ 'ਤੇ π-ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਛੇਕਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਵਿੱਚ ਤਬਦੀਲੀ, ਘਾਤਕ ਫਿੱਟ ਦੇ ਨਾਲ 1.5 ± 0.2 ps ਦਾ ਜੀਵਨ ਕਾਲ ਪੈਦਾ ਕਰਦੀ ਹੈ।

ਚਿੱਤਰ 2 ਤੋਂ 4 ਵਿੱਚ ਲੱਭਤਾਂ ਤੋਂ, WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਵਿੱਚ ਅਲਟਰਾਫਾਸਟ ਚਾਰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਲਈ ਹੇਠ ਲਿਖੀ ਸੂਖਮ ਤਸਵੀਰ ਉੱਭਰਦੀ ਹੈ (ਚਿੱਤਰ 5)। 2 eV 'ਤੇ WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਦਾ ਫੋਟੋਐਕਸਿਟੇਸ਼ਨ WS2 ਵਿੱਚ A-ਐਕਸਾਈਟਨ ਨੂੰ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਭਰਦਾ ਹੈ (ਚਿੱਤਰ 5A)। ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਵਿੱਚ ਡਾਇਰਾਕ ਬਿੰਦੂ ਦੇ ਨਾਲ-ਨਾਲ WS2 ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਬੈਂਡਾਂ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਵਾਧੂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਉਤੇਜਨਾ ਊਰਜਾਤਮਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸੰਭਵ ਹੈ ਪਰ ਕਾਫ਼ੀ ਘੱਟ ਕੁਸ਼ਲ ਹੈ। WS2 ਦੇ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਫੋਟੋਐਕਸਿਟੇਡ ਛੇਕ ਸਾਡੇ ਟੈਂਪੋਰਲ ਰੈਜ਼ੋਲਿਊਸ਼ਨ (ਚਿੱਤਰ 5A) ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਛੋਟੇ ਸਮੇਂ ਦੇ ਪੈਮਾਨੇ 'ਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ π-ਬੈਂਡ ਤੋਂ ਉਤਪੰਨ ਹੋਣ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੁਆਰਾ ਦੁਬਾਰਾ ਭਰੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। WS2 ਦੇ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਫੋਟੋਐਕਸਿਟੇਡ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦਾ ਜੀਵਨ ਕਾਲ ∼1 ps (ਚਿੱਤਰ 5B) ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਗ੍ਰਾਫੀਨ π-ਬੈਂਡ (ਚਿੱਤਰ 5B) ਵਿੱਚ ਛੇਕਾਂ ਨੂੰ ਦੁਬਾਰਾ ਭਰਨ ਲਈ ∼2 ps ਲੱਗਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ, WS2 ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ π-ਬੈਂਡ ਵਿਚਕਾਰ ਸਿੱਧੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਵਾਧੂ ਆਰਾਮ ਮਾਰਗਾਂ - ਸੰਭਵ ਤੌਰ 'ਤੇ ਨੁਕਸ ਅਵਸਥਾਵਾਂ (26) ਰਾਹੀਂ - ਨੂੰ ਪੂਰੀ ਗਤੀਸ਼ੀਲਤਾ ਨੂੰ ਸਮਝਣ ਲਈ ਵਿਚਾਰਨ ਦੀ ਲੋੜ ਹੈ।

(A) 2 eV 'ਤੇ WS2 A-ਐਕਸਾਈਟਨ ਦੇ ਅਨੁਪਾਤ 'ਤੇ ਫੋਟੋਐਕਸਿਟੇਸ਼ਨ WS2 ਦੇ ਸੰਚਾਲਨ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਨੂੰ ਇੰਜੈਕਟ ਕਰਦਾ ਹੈ। WS2 ਦੇ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਸੰਬੰਧਿਤ ਛੇਕ ਤੁਰੰਤ ਗ੍ਰਾਫੀਨ π-ਬੈਂਡ ਤੋਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੁਆਰਾ ਦੁਬਾਰਾ ਭਰੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। (B) WS2 ਦੇ ਸੰਚਾਲਨ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਫੋਟੋਐਕਸਿਟੇਡ ਕੈਰੀਅਰਾਂ ਦਾ ਜੀਵਨ ਕਾਲ ∼1 ps ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਗ੍ਰਾਫੀਨ π-ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਛੇਕ ∼2 ps ਲਈ ਜੀਉਂਦੇ ਹਨ, ਜੋ ਡੈਸ਼ਡ ਤੀਰਾਂ ਦੁਆਰਾ ਦਰਸਾਏ ਗਏ ਵਾਧੂ ਸਕੈਟਰਿੰਗ ਚੈਨਲਾਂ ਦੀ ਮਹੱਤਤਾ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ। (A) ਅਤੇ (B) ਵਿੱਚ ਕਾਲੀਆਂ ਡੈਸ਼ਡ ਲਾਈਨਾਂ ਬੈਂਡ ਸ਼ਿਫਟਾਂ ਅਤੇ ਰਸਾਇਣਕ ਸੰਭਾਵੀ ਵਿੱਚ ਤਬਦੀਲੀਆਂ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੀਆਂ ਹਨ। (C) ਅਸਥਾਈ ਸਥਿਤੀ ਵਿੱਚ, WS2 ਪਰਤ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਚਾਰਜ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ ਜਦੋਂ ਕਿ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਪਰਤ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਚਾਰਜ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਗੋਲਾਕਾਰ ਧਰੁਵੀਕਰਨ ਵਾਲੀ ਰੋਸ਼ਨੀ ਦੇ ਨਾਲ ਸਪਿਨ-ਚੋਣਵੇਂ ਉਤੇਜਨਾ ਲਈ, WS2 ਵਿੱਚ ਫੋਟੋਐਕਸਿਟੇਡ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਵਿੱਚ ਸੰਬੰਧਿਤ ਛੇਕਾਂ ਤੋਂ ਉਲਟ ਸਪਿਨ ਧਰੁਵੀਕਰਨ ਦਿਖਾਉਣ ਦੀ ਉਮੀਦ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।

ਅਸਥਾਈ ਅਵਸਥਾ ਵਿੱਚ, ਫੋਟੋਐਕਸਾਈਟਿਡ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ WS2 ਦੇ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਰਹਿੰਦੇ ਹਨ ਜਦੋਂ ਕਿ ਫੋਟੋਐਕਸਾਈਟਿਡ ਛੇਕ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਦੇ π-ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਸਥਿਤ ਹੁੰਦੇ ਹਨ (ਚਿੱਤਰ 5C)। ਇਸਦਾ ਮਤਲਬ ਹੈ ਕਿ WS2 ਪਰਤ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਚਾਰਜ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਪਰਤ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਚਾਰਜ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਅਸਥਾਈ ਪੀਕ ਸ਼ਿਫਟਾਂ (ਚਿੱਤਰ 2), ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਪੰਪ-ਪ੍ਰੋਬ ਸਿਗਨਲ ਦੀ ਅਸਮਾਨਤਾ (ਚਿੱਤਰ 3 ਦੇ ਕਰਵ 2 ਅਤੇ 3), WS2 ਦੇ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਛੇਕਾਂ ਦੀ ਅਣਹੋਂਦ (ਚਿੱਤਰ 4) ਦੇ ਨਾਲ-ਨਾਲ ਗ੍ਰਾਫੀਨ π-ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਵਾਧੂ ਛੇਕਾਂ (ਚਿੱਤਰ 4) ਲਈ ਜ਼ਿੰਮੇਵਾਰ ਹੈ। ਇਸ ਚਾਰਜ-ਵੱਖ ਕੀਤੀ ਅਵਸਥਾ ਦਾ ਜੀਵਨ ਕਾਲ ∼1 ps (ਕਰਵ 1 ਚਿੱਤਰ 3) ਹੈ।

ਟਾਈਪ II ਬੈਂਡ ਅਲਾਈਨਮੈਂਟ ਅਤੇ ਸਟੈਗਰਡ ਬੈਂਡਗੈਪ (27–32) ਵਾਲੇ ਦੋ ਡਾਇਰੈਕਟ-ਗੈਪ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ਤੋਂ ਬਣੇ ਸੰਬੰਧਿਤ ਵੈਨ ਡੇਰ ਵਾਲਸ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਵਿੱਚ ਵੀ ਇਸੇ ਤਰ੍ਹਾਂ ਦੇ ਚਾਰਜ-ਸਵੈਗਰੇਟਿਡ ਅਸਥਾਈ ਅਵਸਥਾਵਾਂ ਵੇਖੀਆਂ ਗਈਆਂ ਹਨ। ਫੋਟੋਐਕਸੀਟੇਸ਼ਨ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਅਤੇ ਛੇਕ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਦੇ ਹੇਠਾਂ ਅਤੇ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਦੇ ਸਿਖਰ 'ਤੇ ਕ੍ਰਮਵਾਰ ਜਾਂਦੇ ਪਾਏ ਗਏ, ਜੋ ਕਿ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ (27–32) ਦੀਆਂ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਪਰਤਾਂ ਵਿੱਚ ਸਥਿਤ ਹਨ।

ਸਾਡੇ WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਦੇ ਮਾਮਲੇ ਵਿੱਚ, ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਅਤੇ ਛੇਕਾਂ ਦੋਵਾਂ ਲਈ ਊਰਜਾਤਮਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸਭ ਤੋਂ ਅਨੁਕੂਲ ਸਥਾਨ ਧਾਤੂ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਫਰਮੀ ਪੱਧਰ 'ਤੇ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਕੋਈ ਉਮੀਦ ਕਰੇਗਾ ਕਿ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਅਤੇ ਛੇਕ ਦੋਵੇਂ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਗ੍ਰਾਫੀਨ π-ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਹੋ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਸਾਡੇ ਮਾਪ ਸਪੱਸ਼ਟ ਤੌਰ 'ਤੇ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ ਹੋਲ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ (<200 fs) ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ (∼1 ps) ਨਾਲੋਂ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਕੁਸ਼ਲ ਹੈ। ਅਸੀਂ ਇਸਦਾ ਕਾਰਨ WS2 ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਬੈਂਡਾਂ ਦੇ ਸਾਪੇਖਿਕ ਊਰਜਾਵਾਨ ਅਲਾਈਨਮੈਂਟ ਨੂੰ ਦਿੰਦੇ ਹਾਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਚਿੱਤਰ 1A ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਗਟ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ ਜੋ ਹਾਲ ਹੀ ਵਿੱਚ (14, 15) ਦੁਆਰਾ ਅਨੁਮਾਨਿਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਹੋਲ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਲਈ ਉਪਲਬਧ ਅੰਤਮ ਅਵਸਥਾਵਾਂ ਦੀ ਇੱਕ ਵੱਡੀ ਗਿਣਤੀ ਦੀ ਪੇਸ਼ਕਸ਼ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਮੌਜੂਦਾ ਮਾਮਲੇ ਵਿੱਚ, ∼2 eV WS2 ਬੈਂਡਗੈਪ ਮੰਨਦੇ ਹੋਏ, ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਡਾਇਰੈਕ ਬਿੰਦੂ ਅਤੇ ਸੰਤੁਲਨ ਰਸਾਇਣਕ ਸੰਭਾਵੀ WS2 ਬੈਂਡਗੈਪ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਕ੍ਰਮਵਾਰ ∼0.5 ਅਤੇ ∼0.2 eV ਸਥਿਤ ਹਨ, ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਹੋਲ ਸਮਰੂਪਤਾ ਨੂੰ ਤੋੜਦੇ ਹੋਏ। ਅਸੀਂ ਪਾਇਆ ਹੈ ਕਿ ਹੋਲ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਲਈ ਉਪਲਬਧ ਅੰਤਿਮ ਅਵਸਥਾਵਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਨਾਲੋਂ ~6 ਗੁਣਾ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਸਮੱਗਰੀ ਵੇਖੋ), ਜਿਸ ਕਾਰਨ ਹੋਲ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਨਾਲੋਂ ਤੇਜ਼ ਹੋਣ ਦੀ ਉਮੀਦ ਹੈ।

ਹਾਲਾਂਕਿ, ਦੇਖੇ ਗਏ ਅਲਟਰਾਫਾਸਟ ਅਸਮੈਟ੍ਰਿਕ ਚਾਰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਦੀ ਇੱਕ ਪੂਰੀ ਸੂਖਮ ਤਸਵੀਰ ਨੂੰ WS2 ਵਿੱਚ A-ਐਕਸਿਟਨ ਵੇਵ ਫੰਕਸ਼ਨ ਬਣਾਉਣ ਵਾਲੇ ਔਰਬਿਟਲਾਂ ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ π-ਬੈਂਡ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਓਵਰਲੈਪ 'ਤੇ ਵੀ ਵਿਚਾਰ ਕਰਨਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ, ਕ੍ਰਮਵਾਰ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਫੋਨੋਨ ਸਕੈਟਰਿੰਗ ਚੈਨਲਾਂ ਵਿੱਚ ਮੋਮੈਂਟਮ, ਊਰਜਾ, ਸਪਿਨ, ਅਤੇ ਸੂਡੋਸਪਿਨ ਸੰਭਾਲ ਦੁਆਰਾ ਲਗਾਈਆਂ ਗਈਆਂ ਪਾਬੰਦੀਆਂ, ਪਲਾਜ਼ਮਾ ਓਸੀਲੇਸ਼ਨਾਂ (33) ਦਾ ਪ੍ਰਭਾਵ, ਅਤੇ ਨਾਲ ਹੀ ਸੁਮੇਲ ਫੋਨੋਨ ਓਸੀਲੇਸ਼ਨਾਂ ਦੇ ਸੰਭਾਵੀ ਡਿਸਪਲੇਸਿਵ ਉਤੇਜਨਾ ਦੀ ਭੂਮਿਕਾ ਜੋ ਚਾਰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਵਿੱਚ ਵਿਚੋਲਗੀ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਨ (34, 35)। ਨਾਲ ਹੀ, ਕੋਈ ਅੰਦਾਜ਼ਾ ਲਗਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਕਿ ਕੀ ਦੇਖੇ ਗਏ ਚਾਰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਅਵਸਥਾ ਵਿੱਚ ਚਾਰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਐਕਸਾਈਟਨ ਜਾਂ ਮੁਫਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਹੋਲ ਜੋੜੇ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ (ਪੂਰਕ ਸਮੱਗਰੀ ਵੇਖੋ)। ਇਹਨਾਂ ਮੁੱਦਿਆਂ ਨੂੰ ਸਪੱਸ਼ਟ ਕਰਨ ਲਈ ਮੌਜੂਦਾ ਪੇਪਰ ਦੇ ਦਾਇਰੇ ਤੋਂ ਬਾਹਰ ਜਾਣ ਵਾਲੀਆਂ ਹੋਰ ਸਿਧਾਂਤਕ ਜਾਂਚਾਂ ਦੀ ਲੋੜ ਹੈ।

ਸੰਖੇਪ ਵਿੱਚ, ਅਸੀਂ ਇੱਕ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਵਿੱਚ ਅਲਟਰਾਫਾਸਟ ਇੰਟਰਲੇਅਰ ਚਾਰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਦਾ ਅਧਿਐਨ ਕਰਨ ਲਈ tr-ARPES ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਹੈ। ਅਸੀਂ ਪਾਇਆ ਕਿ, ਜਦੋਂ 2 eV 'ਤੇ WS2 ਦੇ A-ਐਕਸਾਈਟਨ ਲਈ ਰੈਜ਼ੋਨੈਂਸ 'ਤੇ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਫੋਟੋਐਕਸਾਈਟਿਡ ਹੋਲ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਹੋ ਜਾਂਦੇ ਹਨ ਜਦੋਂ ਕਿ ਫੋਟੋਐਕਸਾਈਟਿਡ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ WS2 ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਰਹਿੰਦੇ ਹਨ। ਅਸੀਂ ਇਸਦਾ ਕਾਰਨ ਇਸ ਤੱਥ ਨੂੰ ਦਿੱਤਾ ਕਿ ਹੋਲ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਲਈ ਉਪਲਬਧ ਅੰਤਮ ਅਵਸਥਾਵਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਨਾਲੋਂ ਵੱਡੀ ਹੈ। ਚਾਰਜ-ਵੱਖ ਕੀਤੀ ਅਸਥਾਈ ਅਵਸਥਾ ਦਾ ਜੀਵਨ ਕਾਲ ∼1 ps ਪਾਇਆ ਗਿਆ। ਗੋਲਾਕਾਰ ਪੋਲਰਾਈਜ਼ਡ ਲਾਈਟ (22-25) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਸਪਿਨ-ਚੋਣਵੇਂ ਆਪਟੀਕਲ ਐਕਸਾਈਟੇਸ਼ਨ ਦੇ ਨਾਲ, ਦੇਖਿਆ ਗਿਆ ਅਲਟਰਾਫਾਸਟ ਚਾਰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਸਪਿਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਦੇ ਨਾਲ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਸਥਿਤੀ ਵਿੱਚ, ਜਾਂਚ ਕੀਤੇ ਗਏ WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਨੂੰ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਵਿੱਚ ਕੁਸ਼ਲ ਆਪਟੀਕਲ ਸਪਿਨ ਇੰਜੈਕਸ਼ਨ ਲਈ ਵਰਤਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਨਾਵਲ ਆਪਟੋਸਪਿੰਟ੍ਰੋਨਿਕ ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਬਣ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ।

ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਦੇ ਨਮੂਨੇ SiCrystal GmbH ਤੋਂ ਵਪਾਰਕ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਿੰਗ 6H-SiC(0001) ਵੇਫਰਾਂ 'ਤੇ ਉਗਾਏ ਗਏ ਸਨ। N-ਡੋਪਡ ਵੇਫਰ 0.5° ਤੋਂ ਘੱਟ ਮਿਸਕਟ ਦੇ ਨਾਲ ਧੁਰੇ 'ਤੇ ਸਨ। ਖੁਰਚਿਆਂ ਨੂੰ ਹਟਾਉਣ ਅਤੇ ਨਿਯਮਤ ਫਲੈਟ ਟੈਰੇਸ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਲਈ SiC ਸਬਸਟ੍ਰੇਟ ਨੂੰ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ-ਐਚ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਸਾਫ਼ ਅਤੇ ਪਰਮਾਣੂ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸਮਤਲ Si-ਟਰਮੀਨੇਟਡ ਸਤਹ ਨੂੰ ਫਿਰ 8 ਮਿੰਟ (36) ਲਈ Ar ਵਾਯੂਮੰਡਲ ਵਿੱਚ 1300°C 'ਤੇ ਨਮੂਨੇ ਨੂੰ ਐਨੀਲ ਕਰਕੇ ਗ੍ਰਾਫਾਈਟਾਈਜ਼ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, ਅਸੀਂ ਇੱਕ ਸਿੰਗਲ ਕਾਰਬਨ ਪਰਤ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਜਿੱਥੇ ਹਰ ਤੀਜਾ ਕਾਰਬਨ ਪਰਮਾਣੂ SiC ਸਬਸਟ੍ਰੇਟ (37) ਨਾਲ ਇੱਕ ਸਹਿ-ਸੰਯੋਜਕ ਬੰਧਨ ਬਣਾਉਂਦਾ ਸੀ। ਇਸ ਪਰਤ ਨੂੰ ਫਿਰ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਇੰਟਰਕੈਲੇਸ਼ਨ (38) ਦੁਆਰਾ ਪੂਰੀ ਤਰ੍ਹਾਂ sp2-ਹਾਈਬ੍ਰਿਡਾਈਜ਼ਡ ਅਰਧ-ਮੁਕਤ ਮੋਰੀ-ਡੋਪਡ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਵਿੱਚ ਬਦਲ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਇਹਨਾਂ ਨਮੂਨਿਆਂ ਨੂੰ ਗ੍ਰਾਫੀਨ/H-SiC(0001) ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਪੂਰੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ Aixtron ਤੋਂ ਇੱਕ ਵਪਾਰਕ ਬਲੈਕ ਮੈਜਿਕ ਗ੍ਰੋਥ ਚੈਂਬਰ ਵਿੱਚ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ। WS2 ਦਾ ਵਾਧਾ ਇੱਕ ਮਿਆਰੀ ਗਰਮ-ਵਾਲ ਰਿਐਕਟਰ ਵਿੱਚ ਘੱਟ-ਦਬਾਅ ਵਾਲੇ ਰਸਾਇਣਕ ਭਾਫ਼ ਜਮ੍ਹਾਂ (39, 40) ਦੁਆਰਾ 1:100 ਦੇ ਪੁੰਜ ਅਨੁਪਾਤ ਵਾਲੇ WO3 ਅਤੇ S ਪਾਊਡਰਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। WO3 ਅਤੇ S ਪਾਊਡਰਾਂ ਨੂੰ ਕ੍ਰਮਵਾਰ 900 ਅਤੇ 200°C 'ਤੇ ਰੱਖਿਆ ਗਿਆ ਸੀ। WO3 ਪਾਊਡਰ ਨੂੰ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੇ ਨੇੜੇ ਰੱਖਿਆ ਗਿਆ ਸੀ। ਆਰਗਨ ਨੂੰ 8 sccm ਦੇ ਪ੍ਰਵਾਹ ਨਾਲ ਕੈਰੀਅਰ ਗੈਸ ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਗਿਆ ਸੀ। ਰਿਐਕਟਰ ਵਿੱਚ ਦਬਾਅ 0.5 mbar 'ਤੇ ਰੱਖਿਆ ਗਿਆ ਸੀ। ਨਮੂਨਿਆਂ ਨੂੰ ਸੈਕੰਡਰੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਮਾਈਕ੍ਰੋਸਕੋਪੀ, ਐਟੋਮਿਕ ਫੋਰਸ ਮਾਈਕ੍ਰੋਸਕੋਪੀ, ਰਮਨ, ਅਤੇ ਫੋਟੋਲੂਮਿਨਿਸੈਂਸ ਸਪੈਕਟ੍ਰੋਸਕੋਪੀ, ਅਤੇ ਨਾਲ ਹੀ ਘੱਟ-ਊਰਜਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਵਿਭਿੰਨਤਾ ਨਾਲ ਦਰਸਾਇਆ ਗਿਆ ਸੀ। ਇਹਨਾਂ ਮਾਪਾਂ ਨੇ ਦੋ ਵੱਖ-ਵੱਖ WS2 ਸਿੰਗਲ-ਕ੍ਰਿਸਟਲਾਈਨ ਡੋਮੇਨਾਂ ਦਾ ਖੁਲਾਸਾ ਕੀਤਾ ਜਿੱਥੇ ਜਾਂ ਤਾਂ ΓK- ਜਾਂ ΓK'-ਦਿਸ਼ਾ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਪਰਤ ਦੀ ΓK-ਦਿਸ਼ਾ ਨਾਲ ਇਕਸਾਰ ਹੈ। ਡੋਮੇਨ ਸਾਈਡ ਦੀ ਲੰਬਾਈ 300 ਅਤੇ 700 nm ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਵੱਖੋ-ਵੱਖਰੀ ਸੀ, ਅਤੇ ਕੁੱਲ WS2 ਕਵਰੇਜ ਲਗਭਗ ~40% ਸੀ, ਜੋ ARPES ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਲਈ ਢੁਕਵੀਂ ਸੀ।

ਸਥਿਰ ARPES ਪ੍ਰਯੋਗ ਇੱਕ ਗੋਲਾਕਾਰ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਕ (SPECS PHOIBOS 150) ਨਾਲ ਕੀਤੇ ਗਏ ਸਨ ਜੋ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਊਰਜਾ ਅਤੇ ਗਤੀ ਦੀ ਦੋ-ਅਯਾਮੀ ਖੋਜ ਲਈ ਇੱਕ ਚਾਰਜ-ਕਪਲਡ ਡਿਵਾਈਸ-ਡਿਟੈਕਟਰ ਸਿਸਟਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਸਨ। ਸਾਰੇ ਫੋਟੋਇਮਿਸ਼ਨ ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਲਈ ਇੱਕ ਉੱਚ-ਫਲਕਸ He ਡਿਸਚਾਰਜ ਸਰੋਤ (VG Scienta VUV5000) ਦੇ ਅਨਪੋਲਰਾਈਜ਼ਡ, ਮੋਨੋਕ੍ਰੋਮੈਟਿਕ He Iα ਰੇਡੀਏਸ਼ਨ (21.2 eV) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ। ਸਾਡੇ ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਵਿੱਚ ਊਰਜਾ ਅਤੇ ਕੋਣੀ ਰੈਜ਼ੋਲਿਊਸ਼ਨ ਕ੍ਰਮਵਾਰ 30 meV ਅਤੇ 0.3° (0.01 Å−1 ਦੇ ਅਨੁਸਾਰੀ) ਤੋਂ ਬਿਹਤਰ ਸਨ। ਸਾਰੇ ਪ੍ਰਯੋਗ ਕਮਰੇ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ 'ਤੇ ਕੀਤੇ ਗਏ ਸਨ। ARPES ਇੱਕ ਬਹੁਤ ਹੀ ਸਤਹ-ਸੰਵੇਦਨਸ਼ੀਲ ਤਕਨੀਕ ਹੈ। WS2 ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਪਰਤ ਦੋਵਾਂ ਤੋਂ ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਕੱਢਣ ਲਈ, ~40% ਦੇ ਅਧੂਰੇ WS2 ਕਵਰੇਜ ਵਾਲੇ ਨਮੂਨਿਆਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ।

tr-ARPES ਸੈੱਟਅੱਪ 1-kHz ਟਾਈਟੇਨੀਅਮ:ਸੈਫਾਇਰ ਐਂਪਲੀਫਾਇਰ (ਕੋਹੇਰੈਂਟ ਲੈਜੇਂਡ ਏਲੀਟ ਡੂਓ) 'ਤੇ ਅਧਾਰਤ ਸੀ। ਆਰਗਨ ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਹਾਰਮੋਨਿਕਸ ਉਤਪਾਦਨ ਲਈ 2 mJ ਆਉਟਪੁੱਟ ਪਾਵਰ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ। ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਨਿਕਲੀ ਅਤਿਅੰਤ ਅਲਟਰਾਵਾਇਲਟ ਰੋਸ਼ਨੀ ਇੱਕ ਗ੍ਰੇਟਿੰਗ ਮੋਨੋਕ੍ਰੋਮੇਟਰ ਵਿੱਚੋਂ ਲੰਘੀ ਜੋ 26-eV ਫੋਟੋਨ ਊਰਜਾ 'ਤੇ 100-fs ਪ੍ਰੋਬ ਪਲਸ ਪੈਦਾ ਕਰਦੀ ਸੀ। 8 mJ ਐਂਪਲੀਫਾਇਰ ਆਉਟਪੁੱਟ ਪਾਵਰ ਨੂੰ ਇੱਕ ਆਪਟੀਕਲ ਪੈਰਾਮੀਟ੍ਰਿਕ ਐਂਪਲੀਫਾਇਰ (ਲਾਈਟ ਕਨਵਰਜ਼ਨ ਤੋਂ HE-TOPAS) ਵਿੱਚ ਭੇਜਿਆ ਗਿਆ ਸੀ। 2-eV ਪੰਪ ਪਲਸ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਲਈ 1-eV ਫੋਟੋਨ ਊਰਜਾ 'ਤੇ ਸਿਗਨਲ ਬੀਮ ਨੂੰ ਬੀਟਾ ਬੇਰੀਅਮ ਬੋਰੇਟ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਵਿੱਚ ਬਾਰੰਬਾਰਤਾ-ਦੁੱਗਣਾ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। tr-ARPES ਮਾਪ ਇੱਕ ਗੋਲਾਕਾਰ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਕ (SPECS PHOIBOS 100) ਨਾਲ ਕੀਤੇ ਗਏ ਸਨ। ਕੁੱਲ ਊਰਜਾ ਅਤੇ ਅਸਥਾਈ ਰੈਜ਼ੋਲਿਊਸ਼ਨ ਕ੍ਰਮਵਾਰ 240 meV ਅਤੇ 200 fs ਸੀ।

ਇਸ ਲੇਖ ਲਈ ਪੂਰਕ ਸਮੱਗਰੀ http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/20/eaay0761/DC1 'ਤੇ ਉਪਲਬਧ ਹੈ।

ਇਹ ਇੱਕ ਖੁੱਲ੍ਹਾ-ਪਹੁੰਚ ਵਾਲਾ ਲੇਖ ਹੈ ਜੋ ਕਰੀਏਟਿਵ ਕਾਮਨਜ਼ ਐਟ੍ਰਬਿਊਸ਼ਨ-ਗੈਰ-ਵਪਾਰਕ ਲਾਇਸੈਂਸ ਦੀਆਂ ਸ਼ਰਤਾਂ ਅਧੀਨ ਵੰਡਿਆ ਗਿਆ ਹੈ, ਜੋ ਕਿਸੇ ਵੀ ਮਾਧਿਅਮ ਵਿੱਚ ਵਰਤੋਂ, ਵੰਡ ਅਤੇ ਪ੍ਰਜਨਨ ਦੀ ਆਗਿਆ ਦਿੰਦਾ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਤੱਕ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਵਰਤੋਂ ਵਪਾਰਕ ਲਾਭ ਲਈ ਨਹੀਂ ਹੈ ਅਤੇ ਬਸ਼ਰਤੇ ਕਿ ਅਸਲ ਕੰਮ ਦਾ ਸਹੀ ਢੰਗ ਨਾਲ ਹਵਾਲਾ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ ਹੋਵੇ।

ਨੋਟ: ਅਸੀਂ ਸਿਰਫ਼ ਤੁਹਾਡਾ ਈਮੇਲ ਪਤਾ ਇਸ ਲਈ ਮੰਗਦੇ ਹਾਂ ਤਾਂ ਜੋ ਜਿਸ ਵਿਅਕਤੀ ਨੂੰ ਤੁਸੀਂ ਪੰਨੇ ਦੀ ਸਿਫ਼ਾਰਸ਼ ਕਰ ਰਹੇ ਹੋ, ਉਸਨੂੰ ਪਤਾ ਲੱਗੇ ਕਿ ਤੁਸੀਂ ਚਾਹੁੰਦੇ ਸੀ ਕਿ ਉਹ ਇਸਨੂੰ ਦੇਖੇ, ਅਤੇ ਇਹ ਜੰਕ ਮੇਲ ਨਹੀਂ ਹੈ। ਅਸੀਂ ਕੋਈ ਈਮੇਲ ਪਤਾ ਕੈਪਚਰ ਨਹੀਂ ਕਰਦੇ।

ਇਹ ਸਵਾਲ ਇਹ ਜਾਂਚ ਕਰਨ ਲਈ ਹੈ ਕਿ ਤੁਸੀਂ ਮਨੁੱਖੀ ਵਿਜ਼ਟਰ ਹੋ ਜਾਂ ਨਹੀਂ ਅਤੇ ਸਵੈਚਲਿਤ ਸਪੈਮ ਸਬਮਿਸ਼ਨਾਂ ਨੂੰ ਰੋਕਣ ਲਈ ਹੈ।

ਸਵੈਨ ਐਸਚਲਿਮਨ, ਐਂਟੋਨੀਓ ਰੌਸੀ, ਮਾਰੀਆਨਾ ਚਾਵੇਜ਼-ਸਰਵੇਂਟੇਸ, ਰਜ਼ਵਾਨ ਕਰੌਸ, ਬੇਨੀਟੋ ਅਰਨੋਲਡੀ, ਬੈਂਜਾਮਿਨ ਸਟੈਡਟਮੁਲਰ, ਮਾਰਟਿਨ ਐਸਚਲਿਮਨ, ਸਟੀਵਨ ਫੋਰਟੀ, ਫਿਲਿਪੋ ਫੈਬਰੀ, ਕੈਮਿਲਾ ਕੋਲੇਟੀ, ਇਜ਼ਾਬੇਲਾ ਗਿਅਰਜ਼ ਦੁਆਰਾ

ਅਸੀਂ ਇੱਕ WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਵਿੱਚ ਅਲਟਰਾਫਾਸਟ ਚਾਰਜ ਸੈਪਰੇਸ਼ਨ ਦਾ ਖੁਲਾਸਾ ਕਰਦੇ ਹਾਂ ਜੋ ਸੰਭਾਵਤ ਤੌਰ 'ਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਵਿੱਚ ਆਪਟੀਕਲ ਸਪਿਨ ਇੰਜੈਕਸ਼ਨ ਨੂੰ ਸਮਰੱਥ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ।

ਸਵੈਨ ਐਸਚਲਿਮਨ, ਐਂਟੋਨੀਓ ਰੌਸੀ, ਮਾਰੀਆਨਾ ਚਾਵੇਜ਼-ਸਰਵੇਂਟੇਸ, ਰਜ਼ਵਾਨ ਕਰੌਸ, ਬੇਨੀਟੋ ਅਰਨੋਲਡੀ, ਬੈਂਜਾਮਿਨ ਸਟੈਡਟਮੁਲਰ, ਮਾਰਟਿਨ ਐਸਚਲਿਮਨ, ਸਟੀਵਨ ਫੋਰਟੀ, ਫਿਲਿਪੋ ਫੈਬਰੀ, ਕੈਮਿਲਾ ਕੋਲੇਟੀ, ਇਜ਼ਾਬੇਲਾ ਗਿਅਰਜ਼ ਦੁਆਰਾ

ਅਸੀਂ ਇੱਕ WS2/ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਹੇਟਰੋਸਟ੍ਰਕਚਰ ਵਿੱਚ ਅਲਟਰਾਫਾਸਟ ਚਾਰਜ ਸੈਪਰੇਸ਼ਨ ਦਾ ਖੁਲਾਸਾ ਕਰਦੇ ਹਾਂ ਜੋ ਸੰਭਾਵਤ ਤੌਰ 'ਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਵਿੱਚ ਆਪਟੀਕਲ ਸਪਿਨ ਇੰਜੈਕਸ਼ਨ ਨੂੰ ਸਮਰੱਥ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ।

© 2020 ਅਮੈਰੀਕਨ ਐਸੋਸੀਏਸ਼ਨ ਫਾਰ ਦ ਐਡਵਾਂਸਮੈਂਟ ਆਫ਼ ਸਾਇੰਸ। ਸਾਰੇ ਹੱਕ ਰਾਖਵੇਂ ਹਨ. AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ਅਤੇ COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548 ਦਾ ਭਾਈਵਾਲ ਹੈ।