موږ د وخت او زاویې حل شوي فوتو اخراج سپیکٹروسکوپي (tr-ARPES) څخه کار اخلو ترڅو د مونولیر WS2 او ګرافین څخه جوړ شوي ایپیټیکسیل هیټروسټرکچر کې د الټرا فاسټ چارج لیږد تحقیق وکړو. دا هیټروسټرکچر د مستقیم تشې سیمیکمډکټر ګټې د قوي سپن مدار جوړه کولو سره او د قوي رڼا مادې تعامل سره د نیم فلزي کوربه توب بې ډله کیریرونو سره یوځای کوي چې خورا لوړ حرکت او اوږد سپن ژوند لري. موږ وموندله چې، په WS2 کې د A-ایکسیټون سره د ریزونانس په وخت کې د فوتو اکسیټیشن وروسته، فوتو اکسیټ شوي سوري په چټکۍ سره د ګرافین طبقې ته لیږدول کیږي پداسې حال کې چې فوتو اکسیټ شوي الکترونونه په WS2 طبقه کې پاتې کیږي. د چارج څخه جلا شوي انتقالي حالت موندل کیږي چې د ~1 ps ژوند لري. موږ خپلې موندنې د WS2 او ګرافین بینډونو د نسبي سمون له امله رامینځته شوي د توزیع کولو مرحلې ځای کې توپیرونو ته منسوب کوو لکه څنګه چې د لوړ ریزولوشن ARPES لخوا څرګند شوي. د سپن انتخابي آپټیکل جوش سره په ترکیب کې، تحقیق شوی WS2/ګرافین هیټروسټرکچر ممکن په ګرافین کې د مؤثره آپټیکل سپن انجیکشن لپاره پلیټ فارم چمتو کړي.
د ډیری مختلفو دوه اړخیزو موادو شتون د دې امکان خلاص کړی چې د نوي، نهایت پتلي هیټروسټرکچرونو رامینځته کولو لپاره په بشپړ ډول نوي فعالیت سره د مناسب ډایالټریک سکرینینګ او مختلف نږدېوالي هڅول شوي اغیزو پراساس (1-3). د برقیاتو او آپټو الیکترونیکونو په برخه کې د راتلونکي غوښتنلیکونو لپاره د اصولو ثبوت وسایل احساس شوي (4-6).
دلته، موږ د اپیټیکسیل وان ډیر والز هیټروسټرکچرونو باندې تمرکز کوو چې د مونولیر WS2 څخه جوړ دي، یو مستقیم-ګاپ سیمیکمډکټر چې د قوي سپن-مدار کوپلینګ سره او د مات شوي انورسیشن سمیټري (7) له امله د بینډ جوړښت د لوی سپن ویش سره، او مونولیر ګرافین، یو نیم فلز چې مخروطي بینډ جوړښت او خورا لوړ کیریر حرکت (8) لري، چې د هایدروجن-ختم شوي SiC(0001) کې کرل کیږي. د الټرا فاسټ چارج لیږد (9-15) او د نږدېوالي هڅول شوي سپن-مدار کوپلینګ اغیزو (16-18) لپاره لومړني نښې WS2/ګرافین او ورته هیټروسټرکچرونه د راتلونکي آپټو الیکترونیک (19) او آپټوسپنټرونیک (20) غوښتنلیکونو لپاره ژمن نوماندان جوړوي.
موږ د وخت او زاویې حل شوي فوتو اخراج سپیکٹروسکوپي (tr-ARPES) سره په WS2/ګرافین کې د فوتو تولید شوي الکترون سوري جوړو د آرامۍ لارې څرګندولو لپاره پیل وکړ. د دې هدف لپاره، موږ په WS2 (21، 12) کې د A-ایکسایټون سره د 2-eV پمپ نبضونو سره هیټروسټرکچر هڅوو او د 26-eV فوټون انرژي کې د دوهم ځل ځنډ شوي پروب نبض سره فوتو الیکترونونه وباسو. موږ د پمپ-پروب ځنډ د فعالیت په توګه د فوټو الیکترونونو متحرک انرژي او د اخراج زاویه د نیمه کره شنونکي سره د حرکت، انرژي، او وخت حل شوي کیریر ډینامیکس ته د لاسرسي لپاره ټاکو. د انرژي او وخت ریزولوشن په ترتیب سره 240 meV او 200 fs دی.
زموږ پایلې د اپیټیکسي پلوه تنظیم شوي طبقو ترمنځ د الټرا فاسټ چارج لیږد لپاره مستقیم شواهد چمتو کوي، د ورته لاسي راټول شوي هیټروسټرکچرونو کې د ټولو آپټیکل تخنیکونو پراساس لومړني نښې تاییدوي چې د طبقو د خپل سري ایزیموتل سمون سره (9-15). سربیره پردې، موږ ښیې چې دا چارج لیږد خورا غیر متناسب دی. زموږ اندازه کول د مخکینۍ نه لیدل شوي چارج څخه جلا شوي انتقالي حالت څرګندوي چې د فوتوکسایت شوي الکترونونو او سوریو سره چې په ترتیب سره په WS2 او ګرافین طبقه کې موقعیت لري، چې د ~1 ps لپاره ژوند کوي. موږ خپلې موندنې د الکترون او سوري لیږد لپاره د توزیع کولو مرحلې ځای کې د توپیرونو له مخې تشریح کوو چې د WS2 او ګرافین بینډونو د نسبي سمون له امله رامینځته کیږي لکه څنګه چې د لوړ ریزولوشن ARPES لخوا څرګند شوي. د سپن- او ویلی-انتخاباتي آپټیکل اکسیټیشن (22-25) سره یوځای WS2/ګرافین هیټروسټرکچر ممکن په ګرافین کې د مؤثره الټرا فاسټ آپټیکل سپن انجیکشن لپاره یو نوی پلیټ فارم چمتو کړي.
شکل ۱A د لوړ ریزولوشن ARPES اندازه ښیي چې د هیلیم څراغ سره د بانډ جوړښت د اپیټیکسیل WS2/ګرافین هیټروسټرکچر د ΓK-لارښودنې په اوږدو کې ترلاسه شوې ده. د ډیراک مخروط د سوري ډوپ شوي موندل شوي چې د ډیراک نقطه د توازن کیمیاوي پوټینشیل څخه ~0.3 eV پورته موقعیت لري. د سپن-سپلیټ WS2 والینس بانډ پورته برخه د توازن کیمیاوي پوټینشیل څخه ~1.2 eV لاندې موندل شوې.
(الف) د غیر قطبي شوي هیلیم څراغ سره د ΓK-لارښود سره د متوازن فوتوکرنټ اندازه کیږي. (ب) د منفي پمپ-پروب ځنډ لپاره فوتوکرنټ د 26-eV فوټون انرژي کې د p-پولر شوي خورا الټرا وایلیټ نبضونو سره اندازه کیږي. خړ او سره کرښې د کرښې پروفایلونو موقعیت په نښه کوي چې په شکل 2 کې د لنډمهاله لوړ پوستونو استخراج لپاره کارول کیږي. (ج) د 2 eV پمپ فوټون انرژي کې د 2 mJ/cm2 پمپ روانی سره د فوتوکرنټ 200 fs پمپ لخوا هڅول شوي بدلونونه. د فوتوکرنټ لاسته راوړنه او ضایع په ترتیب سره په سور او نیلي رنګ کې ښودل شوي. بکسونه د انځور 3 کې ښودل شوي د پمپ-پروب نښو لپاره د ادغام ساحه په ګوته کوي.
شکل ۱B د WS2 او ګرافین K-پوائنټونو ته نږدې د بانډ جوړښت د tr-ARPES سنیپ شاټ ښیې چې د پمپ نبض له رسیدو دمخه د منفي پمپ-پروب ځنډ کې د ۲۶-eV فوټون انرژي کې د ۱۰۰-fs خورا الټرا وایلیټ نبضونو سره اندازه کیږي. دلته، د سپن ویش د نمونې تخریب او د ۲-eV پمپ نبض شتون له امله حل نه کیږي چې د طیف ځانګړتیاو د ځای چارج پراخیدو لامل کیږي. شکل ۱C د انځور ۱B په اړه د ۲۰۰ fs د پمپ-پروب ځنډ کې د پمپ-پروب سیګنال د پمپ-حوصله شوي بدلونونو ښودنه کوي چیرې چې د پمپ-پروب سیګنال خپل اعظمي حد ته رسیږي. سور او نیلي رنګونه په ترتیب سره د فوتو الیکټرونونو ګټه او زیان په ګوته کوي.
د دې بډایه متحرکاتو د لا تفصیل تحلیل لپاره، موږ لومړی د WS2 والینس بینډ او د ګرافین π-بینډ د لنډمهاله چوکۍ موقعیتونه په شکل 1B کې د ډیش شوي لیکو په اوږدو کې مشخص کوو لکه څنګه چې په ضمیمه موادو کې په تفصیل سره تشریح شوي. موږ ګورو چې د WS2 والینس بینډ د 90 meV لخوا پورته کیږي (شکل 2A) او د ګرافین π-بینډ د 50 meV لخوا ښکته کیږي (شکل 2B). د دې بدلونونو د کفایتي ژوند د WS2 د والینس بینډ لپاره 1.2 ± 0.1 ps او د ګرافین π-بینډ لپاره 1.7 ± 0.3 ps موندل شوی. دا لوړ بدلونونه د دوو طبقو د لنډمهاله چارج کولو لومړني شواهد چمتو کوي، چیرې چې اضافي مثبت (منفي) چارج د بریښنایی حالتونو د تړلو انرژي زیاتوي (کموي). په یاد ولرئ چې د WS2 والینس بینډ پورته بدلون د انځور 1C کې د تور بکس لخوا په نښه شوي ساحه کې د پام وړ پمپ-پروب سیګنال لپاره مسؤل دی.
د WS2 والینس بانډ (A) او ګرافین π-بانډ (B) د لوړ موقعیت کې بدلون د پمپ-پروب ځنډ د فعالیت په توګه د اکسپونینشل فټس (موټیو لیکو) سره یوځای. د WS2 شفټ ان (A) ژوند 1.2 ± 0.1 ps دی. د ګرافین شفټ ان (B) ژوند 1.7 ± 0.3 ps دی.
بیا، موږ د پمپ-پروب سیګنال د هغو ساحو په اوږدو کې مدغم کوو چې په انځور 1C کې د رنګ شوي بکسونو لخوا ښودل شوي او پایله لرونکي شمیرې په انځور 3 کې د پمپ-پروب ځنډ د فعالیت په توګه پلاټ کوو. په انځور 3 کې منحنی 1 د WS2 طبقې د کنډکشن بانډ لاندې ته نږدې د فوتوکزیکټ شوي کیریرونو متحرکات ښیې چې د 1.1 ± 0.1 ps ژوند سره د ډیټا سره د اکسپونینشل فټ څخه ترلاسه کیږي (ضمیمه توکي وګورئ).
د پمپ-پروب نښې د ځنډ د فعالیت په توګه د انځور 1C کې د بکسونو لخوا ښودل شوي ساحې باندې د فوتوکرنټ یوځای کولو سره ترلاسه کیږي. ضخامت کرښې د معلوماتو سره د کثافاتو فټ دي. منحنی (1) د WS2 د لیږد بانډ کې د لنډمهاله کیریر نفوس. منحنی (2) د متوازن کیمیاوي پوټینشیل څخه پورته د ګرافین د π-بنډ پمپ-پروب سیګنال. منحنی (3) د متوازن کیمیاوي پوټینشیل څخه ښکته د ګرافین د π-بنډ پمپ-پروب سیګنال. منحنی (4) د WS2 د والینس بانډ کې خالص پمپ-پروب سیګنال. د ژوند موده په (1) کې 1.2 ± 0.1 ps، 180 ± 20 fs (ګټه) او ∼2 ps (زیان) په (2) کې، او 1.8 ± 0.2 ps په (3) کې موندل کیږي.
په شکل ۳ کې په ۲ او ۳ منحني کې، موږ د ګرافین π-بنډ د پمپ-پروب سیګنال ښیو. موږ ګورو چې د متوازن کیمیاوي پوټینشیل (په شکل ۳ کې منحني ۲) څخه پورته د الکترونونو لاسته راوړنه د متوازن کیمیاوي پوټینشیل (په شکل ۳ کې منحني ۲) څخه ښکته د الکترونونو د ضایع کیدو په پرتله خورا لنډ ژوند (۱۸۰ ± ۲۰ fs) لري. برسېره پردې، د شکل ۳ په منحني ۲ کې د فوتوکرنټ لومړنۍ لاسته راوړنه د t = ۴۰۰ fs په ضایع کیدو سره د ~۲ ps ژوند سره موندل کیږي. د ګټې او ضایع کیدو ترمنځ نا متناسب د نا کشف شوي مونولیر ګرافین د پمپ-پروب سیګنال کې غیر حاضر موندل شوی (په ضمیمه موادو کې شکل S5 وګورئ)، دا په ګوته کوي چې نا متناسب د WS2/ګرافین هیټروسټرکچر کې د انټرپروب کوپلینګ پایله ده. د متوازن کیمیاوي ظرفیت څخه پورته او لاندې د لنډمهاله ګټې او اوږدمهاله زیان مشاهده، په ترتیب سره، دا په ګوته کوي چې الکترونونه د هیټروسټرکچر د فوتو اکسیټیشن په وخت کې د ګرافین طبقې څخه په مؤثره توګه لرې کیږي. په پایله کې، د ګرافین طبقه په مثبت ډول چارج کیږي، کوم چې د π-بنډ د تړلو انرژۍ زیاتوالي سره سمون لري چې په شکل 2B کې موندل کیږي. د π-بنډ ښکته کول د توازن کیمیاوي ظرفیت څخه پورته د تعدیل فرمي-ډیرک ویش لوړ انرژي لکۍ لرې کوي، کوم چې په جزوي ډول د شکل 3 په منحني 2 کې د پمپ-پروب سیګنال د نښې بدلون تشریح کوي. موږ به لاندې وښیو چې دا اغیزه په π-بنډ کې د الکترونونو د انتقالي ضایع کیدو لخوا نوره هم وده کوي.
دا سناریو د شکل ۳ د منحني ۴ کې د WS2 والینس بانډ د خالص پمپ-پروب سیګنال لخوا ملاتړ کیږي. دا معلومات د شکل ۱B کې د تور بکس لخوا ورکړل شوي ساحې باندې د شمیرو یوځای کولو سره ترلاسه شوي چې د پمپ-پروب ټولو ځنډونو کې د والینس بانډ څخه عکس اخیستل شوي الکترونونه نیسي. د تجربوي غلطۍ بارونو دننه، موږ د پمپ-پروب ځنډ لپاره د WS2 د والینس بانډ کې د سوري شتون لپاره هیڅ نښه نه موندلو. دا په ګوته کوي چې، د فوتو اکسیټیشن وروسته، دا سوري زموږ د وخت د حل په پرتله په لنډ وخت پیمانه کې په چټکۍ سره ډک کیږي.
د WS2/ګرافین هیټروسټرکچر کې د الټرا فاسټ چارج جلا کولو زموږ د فرضیې لپاره د وروستي ثبوت چمتو کولو لپاره، موږ د ګرافین طبقې ته لیږدول شوي سوري شمیر ټاکو لکه څنګه چې په ضمیمه موادو کې په تفصیل سره تشریح شوي. په لنډه توګه، د π-بینډ انتقالي بریښنایی ویش د فرمي-ډیرک ویش سره نصب شوی و. د سوري شمیر بیا د انتقالي کیمیاوي احتمالي او بریښنایی تودوخې لپاره د پایلو ارزښتونو څخه محاسبه شو. پایله په شکل 4 کې ښودل شوې. موږ ګورو چې د ~5 × 1012 سوري/cm2 ټول شمیر د WS2 څخه ګرافین ته د 1.5 ± 0.2 ps د کفایتي ژوند سره لیږدول کیږي.
د پمپ-پروب ځنډ د فعالیت په توګه په π-بنډ کې د سوریو شمیر بدلول د اکسپونینشل فټ سره یوځای د 1.5 ± 0.2 ps ژوند ورکوي.
د انځورونو له ۲ څخه تر ۴ پورې موندنو څخه، د WS2/ګرافین هیتروسټرکچر کې د الټرا فاسټ چارج لیږد لپاره لاندې مایکروسکوپي انځور راڅرګندیږي (انځور ۵). د WS2/ګرافین هیتروسټرکچر فوتو اکسیټیشن په ۲ eV کې په غالب ډول په WS2 کې A-ایکسیټون ډکوي (انځور ۵A). په ګرافین کې د ډیراک نقطې په اوږدو کې او همدارنګه د WS2 او ګرافین بینډونو ترمنځ اضافي بریښنایی هڅونې په انرژي سره ممکن دي مګر د پام وړ لږ اغیزمن دي. د WS2 د والینس بینډ کې فوتو اکسیټ شوي سوري د ګرافین π-بینډ څخه د رامینځته شوي الکترونونو لخوا زموږ د وخت په پرتله لنډ وخت پیمانه کې ډک کیږي (انځور ۵A). د WS2 د کنډکشن بینډ کې فوتو اکسیټ شوي الکترونونه د ∼۱ ps (انځور ۵B) ژوند لري. په هرصورت، دا د ګرافین π-بینډ کې سوري بیا ډکولو لپاره ∼۲ ps وخت نیسي (انځور ۵B). دا په ګوته کوي چې د WS2 کنډکشن بینډ او ګرافین π-بینډ ترمنځ د مستقیم الکترون لیږد سربیره، د بشپړ متحرکاتو د پوهیدو لپاره د آرامۍ اضافي لارې - احتمالا د نیمګړتیاو حالتونو له لارې (26) - باید په پام کې ونیول شي.
(الف) د WS2 A-exciton سره په 2 eV کې د غږیدو په وخت کې فوتو اکسیتیشن د WS2 د کنډکشن بانډ ته الکترونونه داخلوي. د WS2 د والینس بانډ کې اړونده سوري په سمدستي توګه د ګرافین π-بنډ څخه د الکترونونو لخوا ډک کیږي. (ب) د WS2 د کنډکشن بانډ کې فوتو اکسیت شوي کیریرونه د ~1 ps ژوند لري. د ګرافین π-بنډ کې سوري د ~2 ps لپاره ژوند کوي، چې د ډیش شوي تیرونو لخوا ښودل شوي اضافي توزیع کونکي چینلونو اهمیت په ګوته کوي. په (A) او (B) کې تورې ټوټې شوې کرښې د بینډ بدلون او په کیمیاوي ظرفیت کې بدلونونه په ګوته کوي. (ج) په لنډمهاله حالت کې، د WS2 طبقه منفي چارج کیږي پداسې حال کې چې د ګرافین طبقه په مثبت ډول چارج کیږي. د ګرد قطبي رڼا سره د سپن انتخابي هڅونې لپاره، تمه کیږي چې په WS2 کې فوتو اکسیت شوي الکترونونه او په ګرافین کې اړونده سوري د مخالف سپن قطبي کولو ښودنه وکړي.
په انتقالي حالت کې، فوتو اکسایټ شوي الکترونونه د WS2 د کنډکشن بانډ کې ژوند کوي پداسې حال کې چې فوتو اکسایټ شوي سوري د ګرافین په π-بنډ کې موقعیت لري (انځور 5C). دا پدې مانا ده چې د WS2 طبقه په منفي ډول چارج شوې او د ګرافین طبقه په مثبت ډول چارج شوې ده. دا د انتقالي چوکۍ بدلونونو (انځور 2)، د ګرافین پمپ-پروب سیګنال غیر متناسب (د شکل 3 منحني 2 او 3)، د WS2 د والینس بانډ کې د سوریو نشتوالی (انځور 4 منحني 3)، او همدارنګه د ګرافین π-بنډ کې اضافي سوري (انځور 4) لپاره حساب کوي. د دې چارج جلا شوي حالت ژوند ~1 ps دی (انځور 1 منحني 3).
ورته چارج جلا شوي انتقالي حالتونه په اړوند وان ډیر والز هیټروسټرکچرونو کې لیدل شوي چې د دوه مستقیم-ګاپ سیمیکمډکټرونو څخه جوړ شوي چې د II ډول بینډ الینمینټ او سټیګرډ بینډ ګیپ سره جوړ شوي (27-32). د فوتو اکسیټیشن وروسته، الکترونونه او سوري په چټکۍ سره د کنډکشن بینډ لاندې او د والینس بینډ سر ته حرکت کوي، په ترتیب سره، کوم چې د هیټروسټرکچر په مختلفو طبقو کې موقعیت لري (27-32).
زموږ د WS2/ګرافین هیټروسټرکچر په صورت کې، د فلزي ګرافین طبقې کې د الکترونونو او سوریو دواړو لپاره د انرژۍ له پلوه خورا مناسب موقعیت د فرمي په کچه دی. له همدې امله، یو څوک تمه کولی شي چې دواړه الکترونونه او سوري په چټکۍ سره د ګرافین π-بینډ ته انتقال شي. په هرصورت، زموږ اندازه کول په څرګنده توګه ښیې چې د سوري لیږد (<200 fs) د الکترون لیږد (∼1 ps) په پرتله خورا ډیر اغیزمن دی. موږ دا د WS2 او ګرافین بانډونو نسبي انرژي سمون ته منسوب کوو لکه څنګه چې په شکل 1A کې ښودل شوي چې د سوري لیږد لپاره د شته وروستي حالتونو لوی شمیر وړاندې کوي لکه څنګه چې پدې وروستیو کې د (14، 15) لخوا تمه کیږي. په اوسني حالت کې، د ∼2 eV WS2 بینډ ګیپ فرض کول، د ګرافین ډیراک نقطه او د توازن کیمیاوي پوټینشیل په ترتیب سره د WS2 بینډ ګیپ له مینځ څخه پورته ∼0.5 او ∼0.2 eV موقعیت لري، د الکترون-سوریو توازن ماتوي. موږ وموندله چې د سوري لیږد لپاره د شته وروستي حالتونو شمیر د الکترون لیږد په پرتله ~6 ځله لوی دی (ضمیمه مواد وګورئ)، له همدې امله تمه کیږي چې د سوري لیږد د الکترون لیږد په پرتله ګړندی وي.
په هرصورت، د مشاهده شوي الټرا فاسټ غیر متناسب چارج لیږد بشپړ مایکروسکوپي انځور باید د هغو مدارونو ترمنځ اوورلیپ هم په پام کې ونیسي چې په WS2 کې د A-ایکزیټون څپې فعالیت جوړوي او د ګرافین π-بینډ، په ترتیب سره، د مختلف الکترون-الیکترون او الکترون-فونون توزیع کونکي چینلونه چې د حرکت، انرژۍ، سپن، او سیوډوسپن محافظت لخوا لګول شوي محدودیتونه، د پلازما oscillations نفوذ (33)، او همدارنګه د همغږي فونون oscillations د احتمالي بې ځایه هڅونې رول چې ممکن د چارج لیږد منځګړیتوب وکړي (34، 35). همدارنګه، یو څوک ممکن اټکل وکړي چې ایا د مشاهده شوي چارج لیږد حالت د چارج لیږد اکسیټونونو یا وړیا الکترون-سوراخ جوړو څخه جوړ دی (ضمیمه مواد وګورئ). نور تیوریکي تحقیقات چې د اوسني مقالې له ساحې هاخوا ځي د دې مسلو روښانه کولو لپاره اړین دي.
په لنډه توګه، موږ د اپیټیکسیل WS2/ګرافین هیټروسټرکچر کې د الټرا فاسټ انټرلایر چارج لیږد مطالعې لپاره tr-ARPES کارولی دی. موږ وموندله چې کله د WS2 د A-اکسیټن سره په 2 eV کې د ریزونانس په وخت کې جوش شي، فوتوکسایت شوي سوري په چټکۍ سره د ګرافین طبقې ته لیږدول کیږي پداسې حال کې چې فوتوکسایت شوي الکترونونه په WS2 طبقه کې پاتې کیږي. موږ دا د دې حقیقت له امله منسوب کړ چې د سوري لیږد لپاره د شته وروستي حالتونو شمیر د الکترون لیږد په پرتله لوی دی. د چارج جلا شوي انتقالي حالت ژوند ~1 ps وموندل شو. د ګرد قطبي رڼا (22-25) په کارولو سره د سپن انتخابي نظري جوش سره په ترکیب کې، مشاهده شوي الټرا فاسټ چارج لیږد ممکن د سپن لیږد سره مل وي. پدې حالت کې، تحقیق شوی WS2/ګرافین هیټروسټرکچر ممکن د ګرافین ته د مؤثره آپټیکل سپن انجیکشن لپاره وکارول شي چې پایله یې نوي آپټوسپنټرونیک وسایل دي.
د ګرافین نمونې د SiCrystal GmbH څخه د سوداګریزو نیمه چلونکو 6H-SiC(0001) ویفرونو کې کرل شوي. د N-doped ویفرونه په محور کې وو چې د 0.5 درجو څخه کم غلط پرې شوی و. د SiC سبسټریټ د هایدروجن سره ایچ شوی و ترڅو سکریچونه لرې کړي او منظم فلیټ ټیراسونه ترلاسه کړي. پاک او اټومي پلوه فلیټ Si-ختم شوی سطح بیا د نمونې د انیل کولو سره په Ar اتموسفیر کې د 8 دقیقو لپاره په 1300 ° C کې ګرافیټ شوی و (36). پدې توګه، موږ د کاربن یو واحد طبقه ترلاسه کړه چیرې چې هر دریم کاربن اتوم د SiC سبسټریټ سره یو شریک بانډ جوړ کړ (37). دا طبقه بیا د هایدروجن انټرکلیشن (38) له لارې په بشپړ ډول sp2-هایبرډ شوي نیم آزاد ولاړ سوري-ډوپ شوي ګرافین ته بدله شوه. دا نمونې د ګرافین/H-SiC(0001) په نوم یادیږي. ټوله پروسه د Aixtron څخه د سوداګریز تور جادو ودې چیمبر کې ترسره شوه. د WS2 وده په معیاري ګرم دیوال ریکټر کې د ټیټ فشار کیمیاوي بخار زیرمه کولو (39، 40) لخوا د WO3 او S پوډرونو په کارولو سره ترسره شوه چې د 1:100 د ډله ایز تناسب سره د مخکیني په توګه کارول شوي. WO3 او S پوډرونه په ترتیب سره په 900 او 200 ° C کې ساتل شوي وو. WO3 پوډر د سبسټریټ سره نږدې ځای په ځای شوی و. ارګون د 8 sccm جریان سره د بار وړونکي ګاز په توګه کارول شوی و. په ریکټر کې فشار په 0.5 mbar کې ساتل شوی و. نمونې د ثانوي الکترون مایکروسکوپي، اټومي ځواک مایکروسکوپي، رامان، او فوتولومینیسینس سپیکٹروسکوپي، او همدارنګه د ټیټ انرژۍ الکترون انعطاف سره مشخص شوي. دې اندازه کولو دوه مختلف WS2 واحد کرسټالین ډومینونه څرګند کړل چیرې چې یا ΓK- یا ΓK'-لارښود د ګرافین طبقې د ΓK-لارښود سره سمون لري. د ډومین اړخ اوږدوالی د 300 او 700 nm ترمنځ توپیر درلود، او د WS2 ټول پوښښ نږدې 40٪ ته نږدې و، چې د ARPES تحلیل لپاره مناسب و.
د جامد ARPES تجربې د نیمه کروي تحلیل کونکي (SPECS PHOIBOS 150) سره د چارج سره یوځای شوي وسیلې - کشف کونکي سیسټم په کارولو سره د الکترون انرژي او حرکت دوه اړخیز کشف لپاره ترسره شوې. د ټولو فوتو اخراج تجربو لپاره د لوړ فلکس He خارجیدو سرچینې (VG Scienta VUV5000) غیر قطبي، مونوکروماتیک He Iα وړانګې (21.2 eV) کارول شوې. زموږ په تجربو کې انرژي او زاویه ریزولوشن په ترتیب سره د 30 meV او 0.3° (د 0.01 Å−1 سره مطابقت لري) څخه غوره وو. ټولې تجربې د خونې په تودوخه کې ترسره شوې. ARPES یو خورا سطحي حساس تخنیک دی. د WS2 او ګرافین طبقې دواړو څخه د فوتو الیکټرونونو ایستلو لپاره، نمونې د ~40٪ د WS2 نیمګړي پوښښ سره کارول شوې.
د tr-ARPES ترتیب د 1-kHz ټایټانیوم: نیلم امپلیفیر (Coherent Legend Elite Duo) پر بنسټ والړ و. په ارګون کې د لوړ هارمونیک تولید لپاره د 2 mJ تولید بریښنا کارول شوې وه. پایله یې خورا الټرا وایلیټ رڼا د ګریټینګ مونوکرومیټر څخه تیریږي چې د 26-eV فوټون انرژي کې 100-fs پروب نبض تولیدوي. د 8 mJ امپلیفیر تولید بریښنا یو نظري پیرامیټریک امپلیفیر ته واستول شوه (HE-TOPAS د رڼا تبادلې څخه). د 1-eV فوټون انرژي کې د سیګنال بیم د 2-eV پمپ نبضونو ترلاسه کولو لپاره په بیټا بیریم بوریټ کرسټال کې فریکونسي دوه چنده شوه. د tr-ARPES اندازه کول د نیمه کره شنونکي (SPECS PHOIBOS 100) سره ترسره شول. د انرژۍ او وخت عمومي ریزولوشن په ترتیب سره 240 meV او 200 fs وو.
د دې مقالې لپاره اضافي مواد په http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/20/eaay0761/DC1 کې شتون لري.
دا یوه خلاصه لاسرسی لرونکې مقاله ده چې د کریټیو کامنز انتساب-غیر سوداګریز جواز شرایطو لاندې ویشل شوې، کوم چې په هر ډول رسنۍ کې د کارولو، ویشلو او تکثیر اجازه ورکوي، تر هغه چې پایله یې کارول د سوداګریزې ګټې لپاره نه وي او په دې شرط چې اصلي کار په سمه توګه حواله شي.
یادونه: موږ یوازې ستاسو د برېښنالیک پته غواړو ترڅو هغه کس ته چې تاسو یې پاڼه سپارښتنه کوئ پوه شي چې تاسو غوښتل چې دوی یې وګوري، او دا بې ګټې برېښنالیک نه دی. موږ هیڅ برېښنالیک پته نه ثبتوو.
دا پوښتنه د دې لپاره ده چې تاسو انساني لیدونکي یاست یا نه او د اتوماتیک سپیم سپارلو مخنیوي لپاره ده.
د سوین ایسچلیمن، انتونیو روسي، ماریانا چاویز-سروانتیس، رزوان کراوس، بینیټو آرنولدي، بنیامین سټادمولر، مارتین ایسکلیمن، سټیوین فورټي، فیلیپو فابري، کیملا کولیټي، اسابیلا ګیرز لخوا
موږ په WS2/ګرافین هیټروسټرکچر کې د الټرا فاسټ چارج جلا کول ښکاره کوو چې ممکن د ګرافین ته د آپټیکل سپن انجیکشن فعال کړي.
د سوین ایسچلیمن، انتونیو روسي، ماریانا چاویز-سروانتیس، رزوان کراوس، بینیټو آرنولدي، بنیامین سټادمولر، مارتین ایسکلیمن، سټیوین فورټي، فیلیپو فابري، کیملا کولیټي، اسابیلا ګیرز لخوا
موږ په WS2/ګرافین هیټروسټرکچر کې د الټرا فاسټ چارج جلا کول ښکاره کوو چې ممکن د ګرافین ته د آپټیکل سپن انجیکشن فعال کړي.
© 2020 د ساینس د پرمختګ لپاره امریکایی ټولنه. ټول حقونه خوندي دي. AAAS د HINARI، AGORA، OARE، CHORUS، CLOCKSS، CrossRef او COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548 شریک دی.
د پوسټ وخت: می-۲۵-۲۰۲۰