Biz WS2 monoqatlamli va grafendan tayyorlangan epitaksial geterostrukturada ultra tez zaryad o'tkazilishini o'rganish uchun vaqt va burchak bo'yicha aniqlangan fotoemission spektroskopiyasidan (tr-ARPES) foydalanamiz. Ushbu geterostruktura kuchli spin-orbital bog'lanish va kuchli yorug'lik moddasi o'zaro ta'siriga ega to'g'ridan-to'g'ri bo'shliqli yarimo'tkazgichning afzalliklarini juda yuqori harakatchanlik va uzoq spin umriga ega bo'lgan massasiz tashuvchilarni o'z ichiga olgan yarim metallning afzalliklari bilan birlashtiradi. Biz WS2 dagi A-eksitonga rezonansda fotoqo'zg'atilgandan so'ng, fotoqo'zg'atilgan teshiklar tezda grafen qatlamiga o'tishini, fotoqo'zg'atilgan elektronlar esa WS2 qatlamida qolishini aniqladik. Natijada paydo bo'lgan zaryad bilan ajratilgan o'tish davri holatining umri ~1 ps ga teng ekanligi aniqlandi. Biz topilmalarimizni yuqori aniqlikdagi ARPES tomonidan aniqlangan WS2 va grafen polosalarining nisbiy hizalanishi natijasida yuzaga kelgan sochilish fazasi fazosidagi farqlarga bog'laymiz. Spin-tanlovli optik qo'zg'alish bilan birgalikda o'rganilgan WS2/grafen geterostrukturasi grafenga samarali optik spin in'ektsiyasi uchun platforma yaratishi mumkin.
Ko'plab turli xil ikki o'lchovli materiallarning mavjudligi moslashtirilgan dielektrik skrining va turli yaqinlik effektlariga asoslangan mutlaqo yangi funksiyalarga ega yangi, nihoyat yupqa heterostrukturalarni yaratish imkoniyatini ochdi (1-3). Elektronika va optoelektronika sohasida kelajakda qo'llaniladigan printsipial isbotlovchi qurilmalar amalga oshirildi (4-6).
Bu yerda biz kuchli spin-orbital bogʻlanishga ega va buzilgan inversiya simmetriyasi tufayli tasma tuzilishining sezilarli darajada spin boʻlinishiga ega boʻlgan toʻgʻridan-toʻgʻri boʻshliqli yarimoʻtkazgich WS2 monoqatlamidan va vodorod bilan tugaydigan SiC(0001) da oʻstirilgan konussimon tasma tuzilishiga va juda yuqori tashuvchi harakatchanligiga ega yarim metall boʻlgan monoqatlamli grafendan (8) iborat epitaksial van der Waals heterostrukturalariga eʼtibor qaratamiz. Ultra tez zaryad uzatish (9–15) va yaqinlik bilan qoʻzgʻatilgan spin-orbital bogʻlanish effektlari (16–18) uchun dastlabki koʻrsatkichlar WS2/grafen va shunga oʻxshash heterostrukturalarni kelajakdagi optoelektronik (19) va optospintronik (20) qoʻllanilishi uchun istiqbolli nomzodlarga aylantiradi.
Biz WS2/grafendagi fotogeneratsiyalangan elektron-teshik juftlarining relaksatsiya yo'llarini vaqt va burchak bo'yicha aniqlangan fotoemission spektroskopiyasi (tr-ARPES) yordamida ochib berishga kirishdik. Shu maqsadda biz WS2dagi A-eksitonga rezonansli 2-eV nasos impulslari bilan geterostrukturani qo'zg'atamiz (21, 12) va 26-eV foton energiyasida ikkinchi vaqt kechiktirilgan zond impulsi bilan fotoelektronlarni chiqaramiz. Biz impuls, energiya va vaqt bo'yicha aniqlangan tashuvchi dinamikasiga kirish uchun yarim sharsimon analizator yordamida fotoelektronlarning kinetik energiyasi va emissiya burchagini aniqlaymiz. Energiya va vaqt o'lchamlari mos ravishda 240 meV va 200 fs ni tashkil qiladi.
Bizning natijalarimiz epitaksial ravishda tekislangan qatlamlar orasidagi ultra tez zaryad o'tkazilishining to'g'ridan-to'g'ri dalillarini taqdim etadi, bu qatlamlarning o'zboshimchalik bilan azimutal hizalanishi bilan qo'lda yig'ilgan shunga o'xshash heterostrukturalarda to'liq optik texnikaga asoslangan birinchi ko'rsatkichlarni tasdiqlaydi (9-15). Bundan tashqari, biz bu zaryad o'tkazilishi juda assimetrik ekanligini ko'rsatamiz. Bizning o'lchovlarimiz ilgari kuzatilmagan zaryad bilan ajratilgan o'tkinchi holatni ko'rsatadi, fotoqo'zg'atilgan elektronlar va teshiklar mos ravishda WS2 va grafen qatlamida joylashgan bo'lib, taxminan 1 ps davom etadi. Biz topilmalarimizni yuqori aniqlikdagi ARPES tomonidan aniqlanganidek, WS2 va grafen polosalarining nisbiy hizalanishi natijasida elektron va teshik o'tkazilishi uchun sochilish fazasidagi farqlar nuqtai nazaridan sharhlaymiz. Spin va vodiy-selektiv optik qo'zg'alish bilan birgalikda (22-25) WS2/grafen heterostrukturalari grafenga samarali ultra tez optik spin in'ektsiyasi uchun yangi platforma yaratishi mumkin.
1A-rasmda epitaksial WS2/grafen geterostrukturasining ΓK yo'nalishi bo'ylab tasma tuzilishining geliy lampasi bilan olingan yuqori aniqlikdagi ARPES o'lchovi ko'rsatilgan. Dirak konusining teshik bilan qoplanishi aniqlangan, Dirak nuqtasi muvozanat kimyoviy potensialidan ~0,3 eV yuqorida joylashgan. Spin-bo'linish WS2 valentlik tasmasining yuqori qismi muvozanat kimyoviy potensialidan ~1,2 eV pastda joylashgan.
(A) Qutblanmagan geliy lampasi bilan ΓK yo'nalishi bo'yicha o'lchangan muvozanat fototoki. (B) 26 eV foton energiyasida p-qutblangan ekstremal ultrabinafsha impulslari bilan o'lchangan manfiy nasos-zond kechikishi uchun fototok. 2-rasmda o'tish cho'qqilarini ajratib olish uchun ishlatiladigan chiziq profillarining o'rnini nuqtali kulrang va qizil chiziqlar belgilaydi. (C) 2 mJ/sm2 nasos oqimi bilan 2 eV nasos foton energiyasida fotoqo'zg'alishdan keyin fototokning 200 fs da nasos tomonidan qo'zg'atilgan o'zgarishlari. Fotoelektronlarning ortishi va yo'qolishi mos ravishda qizil va ko'k ranglarda ko'rsatilgan. Katakchalar 3-rasmda ko'rsatilgan nasos-zond izlari uchun integratsiya maydonini ko'rsatadi.
1B-rasmda nasos impulsi kelishidan oldin nasos-zond kechikishida 26 eV foton energiyasida 100 fs ekstremal ultrabinafsha impulslari bilan o'lchangan WS2 va grafen K-nuqtalariga yaqin polosali strukturaning tr-ARPES surati ko'rsatilgan. Bu yerda spinning bo'linishi namunaning degradatsiyasi va spektral xususiyatlarning fazoviy zaryadining kengayishiga olib keladigan 2 eV nasos impulsining mavjudligi tufayli hal qilinmaydi. 1C-rasmda nasos-zond signali maksimal darajaga yetadigan 200 fs kechikishida 1B-rasmga nisbatan fototokning nasos tomonidan qo'zg'atilgan o'zgarishlari ko'rsatilgan. Qizil va ko'k ranglar mos ravishda fotoelektronlarning kuchayishi va yo'qolishini ko'rsatadi.
Ushbu boy dinamikani batafsilroq tahlil qilish uchun avval WS2 valentlik tasmasining va grafen π-tasmasining 1B-rasmdagi punktir chiziqlar bo'ylab o'tish cho'qqilarini aniqlaymiz, bu qo'shimcha materiallarda batafsil tushuntirilgan. Biz WS2 valentlik tasmasining 90 meV ga yuqoriga siljishini (2A-rasm) va grafen π-tasmasi 50 meV ga pastga siljishini aniqladik (2B-rasm). Ushbu siljishlarning eksponensial umri WS2 ning valentlik tasmasining 1,2 ± 0,1 ps va grafen π-tasmasi uchun 1,7 ± 0,3 ps ekanligi aniqlandi. Bu cho'qqi siljishlari ikki qatlamning o'tish zaryadlanishining birinchi dalillarini taqdim etadi, bu yerda qo'shimcha musbat (manfiy) zaryad elektron holatlarning bog'lanish energiyasini oshiradi (kamaytiradi). E'tibor bering, WS2 valentlik tasmasining yuqoriga siljishi 1C-rasmdagi qora quti bilan belgilangan sohada ko'rinadigan nasos-zond signali uchun javobgardir.
WS2 valentlik diapazoni (A) va grafen π-diapazonining (B) cho'qqi pozitsiyasining o'zgarishi, nasos-zond kechikishi va eksponensial moslashuvlar (qalin chiziqlar) funksiyasi sifatida. (A) da WS2 siljishining ishlash muddati 1,2 ± 0,1 ps. (B) da grafen siljishining ishlash muddati 1,7 ± 0,3 ps.
Keyin, biz 1C-rasmdagi rangli katakchalar bilan ko'rsatilgan maydonlar bo'ylab nasos-zond signalini integrallaymiz va natijada olingan sonlarni 3-rasmda nasos-zond kechikishining funksiyasi sifatida chizamiz. 3-rasmdagi 1-egri chiziq ma'lumotlarga eksponensial moslashuvdan olingan 1,1 ± 0,1 ps umr ko'rish muddati bilan WS2 qatlamining o'tkazuvchanlik tasmasining pastki qismiga yaqin fotoqo'zg'atilgan tashuvchilarning dinamikasini ko'rsatadi (Qo'shimcha materiallarga qarang).
1C-rasmdagi katakchalar bilan ko'rsatilgan maydon bo'ylab fototokni integratsiyalash orqali olingan kechikish funksiyasi sifatida nasos-zond izlari. Qalin chiziqlar ma'lumotlarga eksponensial moslashuvdir. (1) Egri chiziq WS2 o'tkazuvchanlik diapazonidagi o'tkinchi tashuvchilar populyatsiyasi. (2) Egri chiziq Muvozanat kimyoviy potensialidan yuqori bo'lgan grafenning π-diapazonining nasos-zond signali. (3) Egri chiziq Muvozanat kimyoviy potensialidan past bo'lgan grafenning π-diapazonining nasos-zond signali. (4) Egri chiziq WS2 valentlik diapazonidagi sof nasos-zond signali. Hayot davomiyligi (1) da 1,2 ± 0,1 ps, (2) da 180 ± 20 fs (kuchaytirish) va ~2 ps (yo'qotish) va (3) da 1,8 ± 0,2 ps ekanligi aniqlandi.
3-rasmning 2 va 3-egri chiziqlarida biz grafen π-diapazonining nasos-zond signalini ko'rsatamiz. Biz muvozanat kimyoviy potensialidan yuqori elektronlarning kuchayishi (3-rasmdagi 2-egri chiziq) muvozanat kimyoviy potensialidan past elektronlarning yo'qolishiga nisbatan ancha qisqa umrga (180 ± 20 fs) ega ekanligini aniqladik (3-rasmdagi 3-egri chiziqda 1,8 ± 0,2 ps). Bundan tashqari, 3-rasmning 2-egri chizig'idagi fototokning dastlabki kuchayishi t = 400 fs da ~2 ps umri bilan yo'qotishga aylanishi aniqlandi. Yopiq monoqatlamli grafenning nasos-zond signalida kuchayish va yo'qotish o'rtasidagi assimetriya yo'qligi aniqlandi (qo'shimcha materiallardagi S5-rasmga qarang), bu assimetriya WS2/grafen geterostrukturasidagi qatlamlararo bog'lanishning natijasi ekanligini ko'rsatadi. Muvozanat kimyoviy potensialidan yuqori va pastda qisqa muddatli kuchayish va uzoq muddatli yo'qotish kuzatilishi, geterostrukturaning fotoqo'zg'alishi paytida elektronlar grafen qatlamidan samarali ravishda olib tashlanishini ko'rsatadi. Natijada, grafen qatlami musbat zaryadlangan bo'ladi, bu 2B-rasmda ko'rsatilgan π-diapazonining bog'lanish energiyasining oshishi bilan mos keladi. π-diapazonining pastga siljishi muvozanat kimyoviy potensialidan yuqori bo'lgan muvozanat Fermi-Dirak taqsimotining yuqori energiyali dumini olib tashlaydi, bu qisman 3-rasmdagi 2-egri chiziqdagi nasos-zond signalining belgisining o'zgarishini tushuntiradi. Quyida biz bu ta'sir π-diapazonidagi elektronlarning vaqtinchalik yo'qotilishi bilan yanada kuchayishini ko'rsatamiz.
Ushbu stsenariy 3-rasmning 4-egri chizig'idagi WS2 valentlik tasmasining sof nasos-zond signali bilan qo'llab-quvvatlanadi. Ushbu ma'lumotlar 1B-rasmdagi qora quti tomonidan berilgan maydon bo'yicha hisoblarni integratsiyalash orqali olingan bo'lib, u barcha nasos-zond kechikishlarida valentlik tasmasidan fotoemissiya qilingan elektronlarni ushlaydi. Tajriba xatolari satrlarida biz WS2 valentlik tasmasida har qanday nasos-zond kechikishi uchun teshiklar mavjudligiga oid hech qanday ko'rsatma topmadik. Bu shuni ko'rsatadiki, fotoqo'zg'alishdan so'ng, bu teshiklar bizning vaqtinchalik aniqligimizga nisbatan qisqa vaqt ichida tezda to'ldiriladi.
WS2/grafen geterostrukturasida ultra tez zaryad ajralishi haqidagi gipotezamizning yakuniy isbotini taqdim etish uchun biz qo'shimcha materiallarda batafsil tavsiflanganidek, grafen qatlamiga o'tkazilgan teshiklar sonini aniqlaymiz. Qisqasi, π-diapazonining o'tkinchi elektron taqsimoti Fermi-Dirak taqsimoti bilan o'rnatildi. Keyin teshiklar soni o'tkinchi kimyoviy potensial va elektron harorat uchun olingan qiymatlardan hisoblab chiqildi. Natija 4-rasmda ko'rsatilgan. Biz WS2 dan grafenga 1,5 ± 0,2 ps eksponensial umr ko'rish davomiyligi bilan jami ~5 × 1012 teshik/sm2 o'tkazilganligini aniqladik.
π-diapazonidagi teshiklar sonining nasos-zond kechikishi funksiyasi sifatida o'zgarishi va eksponensial moslashuv 1,5 ± 0,2 ps umr ko'rish imkonini beradi.
2-4-rasmlardagi topilmalardan WS2/grafen geterostrukturasidagi ultra tez zaryad o'tkazilishi uchun quyidagi mikroskopik rasm paydo bo'ladi (5-rasm). WS2/grafen geterostrukturasining 2 eV da fotoqo'zg'alishi WS2 dagi A-qo'zg'alish bilan asosan to'ldiriladi (5A-rasm). Grafendagi Dirak nuqtasi bo'ylab, shuningdek, WS2 va grafen polosalari orasidagi qo'shimcha elektron qo'zg'alishlar energetik jihatdan mumkin, ammo ancha kam samarali. WS2 ning valent polosasidagi fotoqo'zg'alish teshiklari bizning vaqt o'lchamimizga nisbatan vaqt shkalasida grafen π-diapazonidan kelib chiqqan elektronlar bilan to'ldiriladi (5A-rasm). WS2 ning o'tkazuvchanlik polosasidagi fotoqo'zg'alish elektronlarining umri ~1 ps ga teng (5B-rasm). Biroq, grafen π-diapazonidagi teshiklarni to'ldirish uchun ~2 ps kerak bo'ladi (5B-rasm). Bu shuni ko'rsatadiki, WS2 o'tkazuvchanlik diapazoni va grafen π-diapazoni o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri elektron uzatishdan tashqari, to'liq dinamikani tushunish uchun qo'shimcha relaksatsiya yo'llarini - ehtimol nuqsonli holatlar (26) orqali - ko'rib chiqish kerak.
(A) WS2 A-eksitoniga 2 eV kuchlanishdagi rezonansdagi fotoqo'zg'alish WS2 o'tkazuvchanlik zonasiga elektronlarni kiritadi. WS2 valentlik zonasidagi mos keladigan teshiklar grafen π-diapazonidagi elektronlar bilan darhol to'ldiriladi. (B) WS2 o'tkazuvchanlik zonasidagi fotoqo'zg'alish tashuvchilarning umri ~1 ps ga teng. Grafen π-diapazonidagi teshiklar ~2 ps davomida ishlaydi, bu esa punktir strelkalar bilan ko'rsatilgan qo'shimcha sochilish kanallarining ahamiyatini ko'rsatadi. (A) va (B) dagi qora punktir chiziqlar diapazon siljishlarini va kimyoviy potensialdagi o'zgarishlarni ko'rsatadi. (C) O'tish holatida WS2 qatlami manfiy zaryadlangan, grafen qatlami esa musbat zaryadlangan. Dumaloq polyarizatsiyalangan yorug'lik bilan spin-tanlab qo'zg'alish uchun WS2 dagi fotoqo'zg'alish elektronlari va grafendagi mos keladigan teshiklar qarama-qarshi spin polyarizatsiyasini ko'rsatishi kutilmoqda.
Vaqtinchalik holatda fotoqo'zg'atilgan elektronlar WS2 ning o'tkazuvchanlik zonasida, fotoqo'zg'atilgan teshiklar esa grafenning π-diapazonida joylashgan (5C-rasm). Bu WS2 qatlami manfiy zaryadlangan va grafen qatlami musbat zaryadlangan degan ma'noni anglatadi. Bu vaqtinchalik cho'qqi siljishlarini (2-rasm), grafen nasos-zond signalining assimetriyasini (3-rasmdagi 2 va 3 egri chiziqlar), WS2 ning valentlik zonasida teshiklarning yo'qligini (3-rasmdagi 4-egri chiziq), shuningdek, grafen π-diapazonidagi qo'shimcha teshiklarni (4-rasm) hisobga oladi. Ushbu zaryad bilan ajratilgan holatning ishlash muddati ~1 ps ni tashkil qiladi (3-rasmdagi 1-egri chiziq).
Shunga o'xshash zaryadlar bilan ajratilgan o'tish davri holatlari II turdagi tasma hizalanishi va pog'onali tasma oralig'iga ega ikkita to'g'ridan-to'g'ri bo'shliqli yarimo'tkazgichlardan tashkil topgan van der Waals geterostrukturalarida kuzatilgan (27–32). Fotoqo'zg'alishdan so'ng, elektronlar va teshiklar mos ravishda geterostrukturaning turli qatlamlarida joylashgan o'tkazuvchanlik tasmasining pastki qismiga va valentlik tasmasining yuqori qismiga tez siljishi aniqlandi (27–32).
Bizning WS2/grafen geterostrukturamiz holatida, elektronlar va teshiklar uchun energetik jihatdan eng qulay joy metall grafen qatlamidagi Fermi darajasida joylashgan. Shuning uchun, elektronlar ham, teshiklar ham grafen π-diapazoniga tez o'tishini kutish mumkin. Biroq, bizning o'lchovlarimiz teshik o'tkazilishi (<200 fs) elektron o'tkazilishiga (∼1 ps) qaraganda ancha samaraliroq ekanligini aniq ko'rsatmoqda. Biz buni 1A-rasmda ko'rsatilgandek WS2 va grafen polosalarining nisbiy energetik hizalanishiga bog'laymiz, bu yaqinda (14, 15) tomonidan kutilganidek, elektron o'tkazilishiga nisbatan teshik o'tkazilishi uchun ko'proq mavjud bo'lgan yakuniy holatlarni taklif qiladi. Ushbu holatda, ∼2 eV WS2 tasma oralig'ini hisobga olsak, grafen Dirak nuqtasi va muvozanat kimyoviy potensiali WS2 tasma oralig'ining o'rtasidan mos ravishda ∼0,5 va ∼0,2 eV yuqorida joylashgan bo'lib, elektron-teshik simmetriyasini buzadi. Biz teshik o'tkazilishi uchun mavjud bo'lgan yakuniy holatlar soni elektron o'tkazilishiga qaraganda ~6 baravar ko'p ekanligini aniqladik (qo'shimcha materiallarga qarang), shuning uchun teshik o'tkazilishi elektron o'tkazilishiga qaraganda tezroq bo'lishi kutilmoqda.
Kuzatilgan ultra tez assimetrik zaryad o'tkazilishining to'liq mikroskopik tasviri, shuningdek, WS2 da A-eksiton to'lqin funksiyasini tashkil etuvchi orbitallar va mos ravishda grafen π-diapazonining o'zaro mos kelishini, turli elektron-elektron va elektron-fonon sochilish kanallarini, jumladan, impuls, energiya, spin va psevdospin saqlanishi bilan bog'liq cheklovlarni, plazma tebranishlarining ta'sirini (33), shuningdek, zaryad o'tkazilishini vositachilik qilishi mumkin bo'lgan kogerent fonon tebranishlarining mumkin bo'lgan displasiv qo'zg'alishining rolini ham hisobga olishi kerak (34, 35). Shuningdek, kuzatilgan zaryad o'tkazilish holati zaryad o'tkazilishi eksitonlaridan yoki erkin elektron-teshik juftlaridan iboratmi, deb taxmin qilish mumkin (Qo'shimcha materiallarga qarang). Ushbu masalalarni aniqlashtirish uchun ushbu maqola doirasidan tashqariga chiqadigan qo'shimcha nazariy tadqiqotlar talab etiladi.
Xulosa qilib aytganda, biz epitaksial WS2/grafen geterostrukturasida ultra tez qatlamlararo zaryad o'tkazilishini o'rganish uchun tr-ARPES dan foydalandik. Biz WS2 ning A-eksitoniga 2 eV da rezonansda qo'zg'atilganda, fotoqo'zg'atilgan teshiklar tezda grafen qatlamiga o'tishini, fotoqo'zg'atilgan elektronlar esa WS2 qatlamida qolishini aniqladik. Biz buni teshik o'tkazilishi uchun mavjud bo'lgan yakuniy holatlar soni elektron o'tkazilishiga qaraganda ko'proq ekanligi bilan bog'ladik. Zaryad bilan ajratilgan o'tish holatining ishlash muddati ~1 ps ekanligi aniqlandi. Dumaloq polyarizatsiyalangan yorug'lik (22–25) yordamida spin-selektiv optik qo'zg'alish bilan birgalikda kuzatilgan ultra tez zaryad o'tkazilishi spin o'tkazilishi bilan birga bo'lishi mumkin. Bu holda, o'rganilgan WS2/grafen geterostrukturasi grafenga samarali optik spin in'ektsiyasi uchun ishlatilishi mumkin, bu esa yangi optospintronik qurilmalarni yaratadi.
Grafen namunalari SiCrystal GmbH kompaniyasining tijorat yarimo'tkazgichli 6H-SiC(0001) plastinkalarida o'stirildi. N-qo'shilgan plastinkalar 0,5° dan pastroqda noto'g'ri kesilgan holda o'qda joylashgan edi. SiC substrati tirnalishlarni olib tashlash va oddiy tekis teraslarni olish uchun vodorod bilan o'yilgan. Keyin toza va atomik jihatdan tekis Si-terminali sirt namunani Ar atmosferasida 1300°C da 8 daqiqa davomida tavlash orqali grafitlangan (36). Shu tarzda biz har uchinchi uglerod atomi SiC substratiga kovalent bog'lanish hosil qilgan bitta uglerod qatlamini oldik (37). Keyin bu qatlam vodorod interkalatsiyasi orqali to'liq sp2-gibridlangan kvazi-erkin turgan teshikli qo'shilgan grafenga aylantirildi (38). Bu namunalar grafen/H-SiC(0001) deb ataladi. Butun jarayon Aixtron kompaniyasining tijorat Black Magic o'sish kamerasida amalga oshirildi. WS2 o'sishi standart issiq devorli reaktorda past bosimli kimyoviy bug'larni cho'ktirish (39, 40) orqali amalga oshirildi, bunda massa nisbati 1:100 bo'lgan WO3 va S kukunlari prekursor sifatida ishlatilgan. WO3 va S kukunlari mos ravishda 900 va 200°C da saqlangan. WO3 kukuni substratga yaqin joylashtirilgan. Argon 8 scm³ oqimli tashuvchi gaz sifatida ishlatilgan. Reaktordagi bosim 0,5 mbar da saqlangan. Namunalar ikkilamchi elektron mikroskopiyasi, atom kuch mikroskopiyasi, Raman va fotolyuminestsentsiya spektroskopiyasi, shuningdek, past energiyali elektron difraksiyasi bilan tavsiflangan. Ushbu o'lchovlar WS2 ning ikkita turli monokristalli domenlarini aniqladi, bu yerda ΓK- yoki ΓK'-yo'nalishi grafen qatlamining ΓK-yo'nalishi bilan mos keladi. Domen tomonlarining uzunligi 300 dan 700 nm gacha o'zgarib turdi va WS2 ning umumiy qoplamasi taxminan 40% ga teng bo'lib, ARPES tahlili uchun mos keldi.
Statik ARPES tajribalari elektron energiyasi va impulsini ikki o'lchovli aniqlash uchun zaryadga bog'langan qurilma-detektor tizimidan foydalangan holda yarim sharsimon analizator (SPECS PHOIBOS 150) yordamida amalga oshirildi. Barcha fotoemissiya tajribalari uchun yuqori oqimli He razryad manbaining (VG Scienta VUV5000) qutblanmagan, monoxromatik He1α nurlanishi (21,2 eV) ishlatilgan. Bizning tajribalarimizdagi energiya va burchak o'lchamlari mos ravishda 30 meV va 0,3° dan (0,01 Å−1 ga mos keladi) yaxshiroq edi. Barcha tajribalar xona haroratida o'tkazildi. ARPES juda sirtga sezgir texnikadir. WS2 va grafen qatlamidan fotoelektronlarni chiqarish uchun WS2 qoplamasi ~40% ga teng bo'lmagan namunalar ishlatilgan.
tr-ARPES sozlamalari 1 kHz Titanium:Sapphire kuchaytirgichiga (Coherent Legend Elite Duo) asoslangan edi. Argonda yuqori garmonikalarni hosil qilish uchun 2 mJ chiqish quvvati ishlatilgan. Olingan ekstremal ultrabinafsha nurlar panjarali monoxromatordan o'tib, 26 eV foton energiyasida 100 fs zond impulslarini hosil qildi. 8 mJ kuchaytirgich chiqish quvvati optik parametrik kuchaytirgichga (Light Conversion dan HE-TOPAS) yuborildi. 2 eV nasos impulslarini olish uchun 1 eV foton energiyasidagi signal nuri beta bariy borat kristalida chastota ikki baravar oshirildi. tr-ARPES o'lchovlari yarim sharsimon analizator (SPECS PHOIBOS 100) yordamida amalga oshirildi. Umumiy energiya va vaqtinchalik aniqlik mos ravishda 240 meV va 200 fs ni tashkil etdi.
Ushbu maqola uchun qo'shimcha materiallar http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/20/eaay0761/DC1 manzilida mavjud.
Bu Creative Commons Attribution-NonCommercial litsenziyasi shartlari asosida tarqatilgan ochiq kirishli maqola bo'lib, u har qanday vositada foydalanish, tarqatish va ko'paytirishga ruxsat beradi, agar natijada tijorat maqsadlarida foydalanilmasa va asl asar to'g'ri iqtibos keltirilsa.
ESLATMA: Biz sizning elektron pochta manzilingizni faqat sahifani tavsiya qilayotgan odam siz uni ko'rishini xohlayotganingizni va bu keraksiz pochta emasligini bilishi uchun so'raymiz. Biz hech qanday elektron pochta manzilini yozib olmaymiz.
Bu savol sizning inson tashrif buyuruvchi ekanligingizni tekshirish va avtomatik spam yuborishlarning oldini olish uchun.
Muallif: Sven Aeschlimann, Antonio Rossi, Mariana Chaves-Servantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmyuller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz
Biz WS2/grafen geterostrukturasida ultra tez zaryad ajralishini aniqladik, bu grafenga optik spin in'ektsiyasini ta'minlashi mumkin.
Muallif: Sven Aeschlimann, Antonio Rossi, Mariana Chaves-Servantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmyuller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz
Biz WS2/grafen geterostrukturasida ultra tez zaryad ajralishini aniqladik, bu grafenga optik spin in'ektsiyasini ta'minlashi mumkin.
© 2020 Amerika fan taraqqiyoti assotsiatsiyasi. Barcha huquqlar himoyalangan. AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef va COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548 hamkori hisoblanadi.
Nashr vaqti: 2020-yil 25-may