Bằng chứng trực tiếp về sự tách điện tích siêu nhanh hiệu quả trong cấu trúc dị thể WS2/graphene màng mỏng.

Chúng tôi sử dụng quang phổ phát xạ quang phân giải theo thời gian và góc (tr-ARPES) để nghiên cứu sự truyền tải điện tích siêu nhanh trong cấu trúc dị thể epitaxy được tạo thành từ lớp đơn WS2 và graphene. Cấu trúc dị thể này kết hợp những ưu điểm của chất bán dẫn có khe năng lượng trực tiếp với liên kết spin-quỹ đạo mạnh và tương tác ánh sáng-vật chất mạnh với những ưu điểm của chất bán kim loại chứa các hạt tải điện không khối lượng với độ linh động cực cao và thời gian sống spin dài. Chúng tôi nhận thấy rằng, sau khi kích thích quang học ở trạng thái cộng hưởng với exciton A trong WS2, các lỗ trống được kích thích quang học nhanh chóng chuyển vào lớp graphene trong khi các electron được kích thích quang học vẫn nằm trong lớp WS2. Trạng thái chuyển tiếp tách điện tích thu được có thời gian sống khoảng 1 ps. Chúng tôi cho rằng những phát hiện này là do sự khác biệt trong không gian pha tán xạ gây ra bởi sự sắp xếp tương đối của các dải WS2 và graphene như được tiết lộ bởi ARPES độ phân giải cao. Kết hợp với kích thích quang học chọn lọc spin, cấu trúc dị thể WS2/graphene được nghiên cứu có thể cung cấp một nền tảng cho việc tiêm spin quang học hiệu quả vào graphene.

Sự sẵn có của nhiều vật liệu hai chiều khác nhau đã mở ra khả năng tạo ra các cấu trúc dị thể siêu mỏng mới với các chức năng hoàn toàn mới dựa trên khả năng sàng lọc điện môi được điều chỉnh và các hiệu ứng gây ra bởi sự gần kề khác nhau (1–3). Các thiết bị chứng minh nguyên lý cho các ứng dụng trong tương lai trong lĩnh vực điện tử và quang điện tử đã được hiện thực hóa (4–6).

Ở đây, chúng tôi tập trung vào các cấu trúc dị thể van der Waals màng mỏng bao gồm WS2 đơn lớp, một chất bán dẫn có khe hở trực tiếp với liên kết spin-quỹ đạo mạnh và sự phân tách spin đáng kể của cấu trúc dải do đối xứng nghịch đảo bị phá vỡ (7), và graphene đơn lớp, một chất bán kim loại với cấu trúc dải hình nón và độ linh động của chất mang cực kỳ cao (8), được nuôi cấy trên SiC(0001) được kết thúc bằng hydro. Những dấu hiệu đầu tiên về sự truyền tải điện tích siêu nhanh (9–15) và các hiệu ứng liên kết spin-quỹ đạo do sự gần kề gây ra (16–18) khiến WS2/graphene và các cấu trúc dị thể tương tự trở thành những ứng cử viên đầy hứa hẹn cho các ứng dụng quang điện tử (19) và quang spintronic (20) trong tương lai.

Chúng tôi tiến hành làm sáng tỏ các con đường thư giãn của các cặp electron-lỗ trống được tạo ra bằng quang học trong WS2/graphene bằng phương pháp quang phổ phát xạ quang phân giải theo thời gian và góc (tr-ARPES). Để làm được điều đó, chúng tôi kích thích cấu trúc dị thể bằng các xung bơm 2 eV cộng hưởng với exciton A trong WS2 (21, 12) và phóng ra các electron quang bằng một xung thăm dò trễ thời gian thứ hai ở năng lượng photon 26 eV. Chúng tôi xác định động năng và góc phát xạ của các electron quang bằng một bộ phân tích bán cầu như một hàm của độ trễ bơm-thăm dò để có được quyền truy cập vào động lực học của chất mang phân giải theo động lượng, năng lượng và thời gian. Độ phân giải năng lượng và thời gian lần lượt là 240 meV và 200 fs.

Kết quả của chúng tôi cung cấp bằng chứng trực tiếp về sự truyền tải điện tích siêu nhanh giữa các lớp được căn chỉnh theo phương pháp epitaxy, xác nhận những dấu hiệu đầu tiên dựa trên các kỹ thuật quang học toàn phần trong các cấu trúc dị thể được lắp ráp thủ công tương tự với sự căn chỉnh phương vị tùy ý của các lớp (9–15). Ngoài ra, chúng tôi cho thấy sự truyền tải điện tích này có tính bất đối xứng cao. Các phép đo của chúng tôi tiết lộ một trạng thái chuyển tiếp tách điện tích chưa từng được quan sát trước đây với các electron và lỗ trống được kích thích quang học nằm trong lớp WS2 và graphene tương ứng, tồn tại trong khoảng ∼1 ps. Chúng tôi giải thích các phát hiện của mình dựa trên sự khác biệt trong không gian pha tán xạ đối với sự truyền electron và lỗ trống do sự căn chỉnh tương đối của các dải WS2 và graphene như được tiết lộ bởi ARPES độ phân giải cao. Kết hợp với kích thích quang học chọn lọc spin và thung lũng (22–25), cấu trúc dị thể WS2/graphene có thể cung cấp một nền tảng mới cho việc tiêm spin quang học siêu nhanh hiệu quả vào graphene.

Hình 1A thể hiện kết quả đo ARPES độ phân giải cao thu được bằng đèn heli về cấu trúc dải năng lượng dọc theo hướng ΓK của cấu trúc dị thể WS2/graphene màng mỏng. Nón Dirac được xác định là bị pha tạp lỗ trống với điểm Dirac nằm ở khoảng 0,3 eV trên thế năng hóa học cân bằng. Đỉnh của dải hóa trị WS2 bị tách spin được tìm thấy nằm ở khoảng 1,2 eV dưới thế năng hóa học cân bằng.

(A) Dòng quang điện cân bằng đo được dọc theo hướng ΓK bằng đèn heli không phân cực. (B) Dòng quang điện cho độ trễ bơm-dò âm đo được bằng xung cực tím phân cực p ở năng lượng photon 26 eV. Các đường chấm xám và đỏ đánh dấu vị trí của các đường biểu diễn được sử dụng để trích xuất vị trí đỉnh thoáng qua trong Hình 2. (C) Thay đổi dòng quang điện do bơm gây ra 200 fs sau khi kích thích quang ở năng lượng photon bơm 2 eV với mật độ năng lượng bơm 2 mJ/cm2. Sự tăng và giảm quang điện tử được hiển thị lần lượt bằng màu đỏ và xanh lam. Các ô vuông chỉ ra vùng tích phân cho các đường biểu diễn bơm-dò được hiển thị trong Hình 3.

Hình 1B hiển thị ảnh chụp nhanh tr-ARPES của cấu trúc dải năng lượng gần các điểm K của WS2 và graphene được đo bằng xung cực tím 100 fs ở năng lượng photon 26 eV với độ trễ bơm-đo âm trước khi xung bơm đến. Ở đây, sự tách spin không được phân giải do sự suy giảm chất lượng mẫu và sự hiện diện của xung bơm 2 eV gây ra sự mở rộng điện tích không gian của các đặc điểm quang phổ. Hình 1C cho thấy sự thay đổi dòng quang điện do xung bơm gây ra so với Hình 1B ở độ trễ bơm-đo là 200 fs, tại đó tín hiệu bơm-đo đạt cực đại. Màu đỏ và màu xanh lam lần lượt biểu thị sự tăng và giảm quang điện tử.

Để phân tích chi tiết hơn về động lực phức tạp này, trước tiên chúng ta xác định vị trí đỉnh tạm thời của dải hóa trị WS2 và dải π của graphene dọc theo các đường nét đứt trong Hình 1B như đã giải thích chi tiết trong Tài liệu bổ sung. Chúng ta thấy rằng dải hóa trị WS2 dịch chuyển lên 90 meV (Hình 2A) và dải π của graphene dịch chuyển xuống 50 meV (Hình 2B). Thời gian tồn tại theo hàm mũ của các dịch chuyển này được tìm thấy là 1,2 ± 0,1 ps đối với dải hóa trị của WS2 và 1,7 ± 0,3 ps đối với dải π của graphene. Những dịch chuyển đỉnh này cung cấp bằng chứng đầu tiên về sự tích điện tạm thời của hai lớp, trong đó điện tích dương (âm) bổ sung làm tăng (giảm) năng lượng liên kết của các trạng thái điện tử. Lưu ý rằng sự dịch chuyển lên của dải hóa trị WS2 chịu trách nhiệm cho tín hiệu bơm-dò nổi bật trong khu vực được đánh dấu bằng hộp màu đen trong Hình 1C.

Sự thay đổi vị trí đỉnh của dải hóa trị WS2 (A) và dải π của graphene (B) theo độ trễ giữa xung kích thích và xung thăm dò, cùng với các đường cong phù hợp theo hàm mũ (đường dày). Thời gian tồn tại của sự dịch chuyển WS2 trong (A) là 1,2 ± 0,1 ps. Thời gian tồn tại của sự dịch chuyển graphene trong (B) là 1,7 ± 0,3 ps.

Tiếp theo, chúng ta tích hợp tín hiệu bơm-dò trên các vùng được chỉ định bởi các ô màu trong Hình 1C và vẽ đồ thị số lượng thu được theo độ trễ bơm-dò trong Hình 3. Đường cong 1 trong Hình 3 thể hiện động lực học của các hạt tải điện được kích thích quang học gần đáy dải dẫn của lớp WS2 với thời gian sống là 1,1 ± 0,1 ps thu được từ phép nội suy hàm mũ cho dữ liệu (xem Tài liệu bổ sung).

Các đường cong bơm-dò theo hàm độ trễ thu được bằng cách tích phân dòng quang điện trên vùng được chỉ định bởi các ô vuông trong Hình 1C. Các đường dày là các đường khớp hàm mũ với dữ liệu. Đường cong (1) Mật độ hạt tải điện tạm thời trong dải dẫn của WS2. Đường cong (2) Tín hiệu bơm-dò của dải π của graphene trên thế năng hóa học cân bằng. Đường cong (3) Tín hiệu bơm-dò của dải π của graphene dưới thế năng hóa học cân bằng. Đường cong (4) Tín hiệu bơm-dò ròng trong dải hóa trị của WS2. Thời gian sống được tìm thấy là 1,2 ± 0,1 ps trong (1), 180 ± 20 fs (tăng) và ∼2 ps (giảm) trong (2), và 1,8 ± 0,2 ps trong (3).

Trong đường cong 2 và 3 của Hình 3, chúng tôi thể hiện tín hiệu bơm-dò của dải π của graphene. Chúng tôi nhận thấy rằng sự tăng electron trên thế năng hóa học cân bằng (đường cong 2 trong Hình 3) có thời gian sống ngắn hơn nhiều (180 ± 20 fs) so với sự mất electron dưới thế năng hóa học cân bằng (1,8 ± 0,2 ps trong đường cong 3 Hình 3). Hơn nữa, sự tăng ban đầu của dòng quang điện trong đường cong 2 của Hình 3 được tìm thấy chuyển thành sự mất electron ở t = 400 fs với thời gian sống khoảng 2 ps. Sự bất đối xứng giữa sự tăng và mất electron được tìm thấy là không xuất hiện trong tín hiệu bơm-dò của graphene đơn lớp không được phủ (xem hình S5 trong Tài liệu bổ sung), cho thấy rằng sự bất đối xứng là hệ quả của sự ghép nối giữa các lớp trong cấu trúc dị thể WS2/graphene. Việc quan sát thấy sự tăng ngắn hạn và sự mất mát dài hạn ở trên và dưới thế năng hóa học cân bằng, tương ứng, cho thấy các electron được loại bỏ hiệu quả khỏi lớp graphene khi cấu trúc dị thể bị kích thích quang học. Kết quả là, lớp graphene trở nên tích điện dương, điều này phù hợp với sự gia tăng năng lượng liên kết của dải π được tìm thấy trong Hình 2B. Sự dịch chuyển xuống của dải π loại bỏ phần đuôi năng lượng cao của phân bố Fermi-Dirac cân bằng từ phía trên thế năng hóa học cân bằng, điều này giải thích một phần sự thay đổi dấu của tín hiệu bơm-dò trong đường cong 2 của Hình 3. Chúng ta sẽ chứng minh bên dưới rằng hiệu ứng này còn được tăng cường hơn nữa bởi sự mất mát tạm thời của các electron trong dải π.

Kịch bản này được hỗ trợ bởi tín hiệu bơm-dò ròng của dải hóa trị WS2 trong đường cong 4 của Hình 3. Dữ liệu này được thu thập bằng cách tích phân số lượng đếm trên diện tích được biểu thị bằng ô màu đen trong Hình 1B, diện tích này thu nhận các electron phát xạ quang từ dải hóa trị ở tất cả các độ trễ bơm-dò. Trong phạm vi sai số thực nghiệm, chúng tôi không tìm thấy dấu hiệu nào cho thấy sự hiện diện của các lỗ trống trong dải hóa trị của WS2 ở bất kỳ độ trễ bơm-dò nào. Điều này cho thấy rằng, sau khi kích thích quang, các lỗ trống này được lấp đầy nhanh chóng trong một khoảng thời gian ngắn so với độ phân giải thời gian của chúng tôi.

Để cung cấp bằng chứng cuối cùng cho giả thuyết về sự tách điện tích siêu nhanh trong cấu trúc dị thể WS2/graphene, chúng tôi xác định số lượng lỗ trống được chuyển đến lớp graphene như mô tả chi tiết trong Tài liệu bổ sung. Tóm lại, sự phân bố điện tử tạm thời của dải π được khớp với phân bố Fermi-Dirac. Số lượng lỗ trống sau đó được tính toán từ các giá trị thu được cho thế năng hóa học tạm thời và nhiệt độ điện tử. Kết quả được thể hiện trong Hình 4. Chúng tôi nhận thấy rằng tổng số khoảng ∼5 × 1012 lỗ trống/cm2 được chuyển từ WS2 sang graphene với thời gian sống theo hàm mũ là 1,5 ± 0,2 ps.

Sự thay đổi số lượng lỗ trống trong dải π theo độ trễ giữa xung kích thích và xung thăm dò, cùng với phép nội suy hàm mũ, cho ra thời gian sống là 1,5 ± 0,2 ps.

Từ các kết quả trong Hình 2 đến 4, hình ảnh vi mô sau đây về sự truyền tải điện tích siêu nhanh trong cấu trúc dị thể WS2/graphene được thể hiện (Hình 5). Kích thích quang học của cấu trúc dị thể WS2/graphene ở mức 2 eV chủ yếu tạo ra exciton A trong WS2 (Hình 5A). Các kích thích điện tử bổ sung vượt qua điểm Dirac trong graphene cũng như giữa các dải WS2 và graphene về mặt năng lượng là khả thi nhưng hiệu quả thấp hơn đáng kể. Các lỗ trống được kích thích quang học trong dải hóa trị của WS2 được lấp đầy bởi các electron có nguồn gốc từ dải π của graphene trong khoảng thời gian ngắn hơn so với độ phân giải thời gian của chúng ta (Hình 5A). Các electron được kích thích quang học trong dải dẫn của WS2 có thời gian sống khoảng 1 ps (Hình 5B). Tuy nhiên, phải mất khoảng 2 ps để lấp đầy các lỗ trống trong dải π của graphene (Hình 5B). Điều này cho thấy rằng, ngoài việc chuyển electron trực tiếp giữa dải dẫn WS2 và dải π của graphene, cần phải xem xét các con đường thư giãn bổ sung—có thể thông qua các trạng thái khuyết tật (26)—để hiểu được động lực học đầy đủ.

(A) Kích thích quang học ở trạng thái cộng hưởng với exciton A của WS2 ở mức 2 eV sẽ đưa electron vào dải dẫn của WS2. Các lỗ trống tương ứng trong dải hóa trị của WS2 được lấp đầy ngay lập tức bởi các electron từ dải π của graphene. (B) Các hạt tải điện được kích thích quang học trong dải dẫn của WS2 có thời gian sống khoảng 1 ps. Các lỗ trống trong dải π của graphene tồn tại trong khoảng 2 ps, cho thấy tầm quan trọng của các kênh tán xạ bổ sung được chỉ ra bằng các mũi tên nét đứt. Các đường nét đứt màu đen trong (A) và (B) biểu thị sự dịch chuyển dải và sự thay đổi thế năng hóa học. (C) Ở trạng thái chuyển tiếp, lớp WS2 mang điện tích âm trong khi lớp graphene mang điện tích dương. Đối với kích thích chọn lọc spin bằng ánh sáng phân cực tròn, các electron được kích thích quang học trong WS2 và các lỗ trống tương ứng trong graphene dự kiến ​​sẽ thể hiện sự phân cực spin ngược nhau.

Ở trạng thái chuyển tiếp, các electron kích thích quang nằm trong dải dẫn của WS2 trong khi các lỗ trống kích thích quang nằm trong dải π của graphene (Hình 5C). Điều này có nghĩa là lớp WS2 mang điện tích âm và lớp graphene mang điện tích dương. Điều này giải thích cho sự dịch chuyển đỉnh chuyển tiếp (Hình 2), tính bất đối xứng của tín hiệu bơm-dò graphene (đường cong 2 và 3 của Hình 3), sự vắng mặt của các lỗ trống trong dải hóa trị của WS2 (đường cong 4 Hình 3), cũng như các lỗ trống bổ sung trong dải π của graphene (Hình 4). Thời gian tồn tại của trạng thái tách điện tích này là khoảng 1 ps (đường cong 1 Hình 3).

Các trạng thái chuyển tiếp tách điện tích tương tự đã được quan sát thấy trong các cấu trúc dị thể van der Waals liên quan được tạo ra từ hai chất bán dẫn có khe hở trực tiếp với sự sắp xếp dải loại II và khe hở dải so le (27–32). Sau khi kích thích quang, các electron và lỗ trống được phát hiện di chuyển nhanh chóng đến đáy của dải dẫn và đến đỉnh của dải hóa trị, tương ứng, nằm ở các lớp khác nhau của cấu trúc dị thể (27–32).

Trong trường hợp cấu trúc dị thể WS2/graphene của chúng tôi, vị trí thuận lợi nhất về mặt năng lượng cho cả electron và lỗ trống là ở mức Fermi trong lớp graphene kim loại. Do đó, người ta kỳ vọng rằng cả electron và lỗ trống sẽ nhanh chóng chuyển đến dải π của graphene. Tuy nhiên, các phép đo của chúng tôi cho thấy rõ ràng rằng quá trình chuyển lỗ trống (<200 fs) hiệu quả hơn nhiều so với quá trình chuyển electron (∼1 ps). Chúng tôi cho rằng điều này là do sự sắp xếp năng lượng tương đối của các dải WS2 và graphene như được thể hiện trong Hình 1A, cung cấp số lượng trạng thái cuối cùng khả dụng lớn hơn cho quá trình chuyển lỗ trống so với quá trình chuyển electron như đã được dự đoán gần đây bởi (14, 15). Trong trường hợp hiện tại, giả sử khe hở năng lượng WS2 là ∼2 eV, điểm Dirac của graphene và thế năng hóa học cân bằng nằm ở vị trí lần lượt là ∼0,5 và ∼0,2 eV phía trên điểm giữa của khe hở năng lượng WS2, phá vỡ tính đối xứng electron-lỗ trống. Chúng tôi nhận thấy rằng số lượng trạng thái cuối cùng khả dụng cho quá trình truyền lỗ trống lớn hơn khoảng 6 lần so với quá trình truyền electron (xem Tài liệu bổ sung), đó là lý do tại sao quá trình truyền lỗ trống được dự đoán là nhanh hơn quá trình truyền electron.

Tuy nhiên, một bức tranh vi mô hoàn chỉnh về sự chuyển giao điện tích bất đối xứng siêu nhanh được quan sát cũng cần xem xét sự chồng chéo giữa các orbital cấu thành hàm sóng exciton A trong WS2 và dải π của graphene, tương ứng, các kênh tán xạ electron-electron và electron-phonon khác nhau bao gồm các ràng buộc do bảo toàn động lượng, năng lượng, spin và giả spin, ảnh hưởng của dao động plasma (33), cũng như vai trò của kích thích dịch chuyển có thể có của dao động phonon kết hợp có thể làm trung gian cho sự chuyển giao điện tích (34, 35). Ngoài ra, người ta cũng có thể suy đoán liệu trạng thái chuyển giao điện tích được quan sát bao gồm các exciton chuyển giao điện tích hay các cặp electron-lỗ trống tự do (xem Tài liệu bổ sung). Cần có thêm các nghiên cứu lý thuyết vượt ra ngoài phạm vi của bài báo này để làm rõ những vấn đề này.

Tóm lại, chúng tôi đã sử dụng tr-ARPES để nghiên cứu sự truyền tải điện tích giữa các lớp siêu nhanh trong cấu trúc dị thể WS2/graphene màng mỏng. Chúng tôi nhận thấy rằng, khi được kích thích ở trạng thái cộng hưởng với exciton A của WS2 ở mức 2 eV, các lỗ trống được kích thích quang học nhanh chóng chuyển vào lớp graphene trong khi các electron được kích thích quang học vẫn nằm trong lớp WS2. Chúng tôi cho rằng điều này là do số lượng trạng thái cuối cùng có sẵn cho sự truyền tải lỗ trống lớn hơn so với sự truyền tải electron. Thời gian tồn tại của trạng thái chuyển tiếp tách điện tích được tìm thấy là khoảng 1 ps. Kết hợp với kích thích quang học chọn lọc spin bằng ánh sáng phân cực tròn (22–25), sự truyền tải điện tích siêu nhanh được quan sát có thể đi kèm với sự truyền tải spin. Trong trường hợp này, cấu trúc dị thể WS2/graphene được nghiên cứu có thể được sử dụng để tiêm spin quang học hiệu quả vào graphene, dẫn đến các thiết bị quang spintronic mới.

Các mẫu graphene được nuôi cấy trên các tấm wafer bán dẫn 6H-SiC(0001) thương mại từ SiCrystal GmbH. Các tấm wafer pha tạp N được đặt trên trục với độ lệch dưới 0,5°. Chất nền SiC được khắc bằng hydro để loại bỏ các vết xước và thu được các bậc thang phẳng đều đặn. Bề mặt kết thúc bằng Si sạch và phẳng ở cấp độ nguyên tử sau đó được graphit hóa bằng cách ủ mẫu trong khí quyển Ar ở 1300°C trong 8 phút (36). Bằng cách này, chúng tôi thu được một lớp carbon duy nhất trong đó cứ ba nguyên tử carbon lại tạo thành một liên kết cộng hóa trị với chất nền SiC (37). Lớp này sau đó được chuyển thành graphene pha tạp lỗ bán tự do lai hóa sp2 hoàn toàn thông qua sự xen kẽ hydro (38). Các mẫu này được gọi là graphene/H-SiC(0001). Toàn bộ quá trình được thực hiện trong buồng tăng trưởng Black Magic thương mại từ Aixtron. Quá trình phát triển WS2 được thực hiện trong lò phản ứng thành nóng tiêu chuẩn bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học áp suất thấp (39, 40) sử dụng bột WO3 và S với tỷ lệ khối lượng 1:100 làm tiền chất. Bột WO3 và S được giữ ở nhiệt độ lần lượt là 900 và 200°C. Bột WO3 được đặt gần chất nền. Argon được sử dụng làm khí mang với lưu lượng 8 sccm. Áp suất trong lò phản ứng được giữ ở mức 0,5 mbar. Các mẫu được đặc trưng bằng kính hiển vi điện tử quét, kính hiển vi lực nguyên tử, quang phổ Raman và quang phổ phát quang, cũng như nhiễu xạ điện tử năng lượng thấp. Các phép đo này cho thấy hai miền đơn tinh thể WS2 khác nhau, trong đó hướng ΓK hoặc ΓK' được căn chỉnh với hướng ΓK của lớp graphene. Chiều dài cạnh của miền dao động từ 300 đến 700 nm, và tổng độ phủ WS2 ước tính khoảng 40%, phù hợp cho phân tích ARPES.

Các thí nghiệm ARPES tĩnh được thực hiện với bộ phân tích bán cầu (SPECS PHOIBOS 150) sử dụng hệ thống thiết bị ghép điện tích – đầu dò để phát hiện năng lượng và động lượng electron hai chiều. Bức xạ He Iα đơn sắc, không phân cực (21,2 eV) từ nguồn phóng điện He thông lượng cao (VG Scienta VUV5000) được sử dụng cho tất cả các thí nghiệm quang phát xạ. Độ phân giải năng lượng và góc trong các thí nghiệm của chúng tôi tốt hơn 30 meV và 0,3° (tương ứng với 0,01 Å−1). Tất cả các thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ phòng. ARPES là một kỹ thuật cực kỳ nhạy cảm với bề mặt. Để phát xạ các electron quang từ cả lớp WS2 và lớp graphene, các mẫu có độ phủ WS2 không hoàn chỉnh khoảng 40% đã được sử dụng.

Hệ thống tr-ARPES được thiết lập dựa trên bộ khuếch đại Titanium:Sapphire 1 kHz (Coherent Legend Elite Duo). Công suất đầu ra 2 mJ được sử dụng để tạo ra sóng hài bậc cao trong argon. Ánh sáng cực tím thu được đi qua bộ đơn sắc cách tử tạo ra các xung thăm dò 100 fs với năng lượng photon 26 eV. Công suất đầu ra 8 mJ của bộ khuếch đại được đưa vào bộ khuếch đại tham số quang học (HE-TOPAS từ Light Conversion). Chùm tia tín hiệu với năng lượng photon 1 eV được nhân đôi tần số trong tinh thể beta bari borat để thu được các xung bơm 2 eV. Các phép đo tr-ARPES được thực hiện bằng bộ phân tích bán cầu (SPECS PHOIBOS 100). Độ phân giải năng lượng và thời gian tổng thể lần lượt là 240 meV và 200 fs.

Tài liệu bổ sung cho bài báo này có sẵn tại http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/20/eaay0761/DC1

Đây là bài báo được truy cập mở, phân phối theo các điều khoản của giấy phép Creative Commons Attribution-NonCommercial, cho phép sử dụng, phân phối và sao chép trên mọi phương tiện, miễn là việc sử dụng đó không nhằm mục đích thương mại và tác phẩm gốc được trích dẫn đúng cách.

LƯU Ý: Chúng tôi chỉ yêu cầu địa chỉ email của bạn để người mà bạn giới thiệu trang này biết rằng bạn muốn họ xem trang này và đó không phải là thư rác. Chúng tôi không thu thập bất kỳ địa chỉ email nào.

Câu hỏi này nhằm kiểm tra xem bạn có phải là người thật hay không và để ngăn chặn các bài gửi spam tự động.

Bởi Sven Aeschlimann, Antonio Rossi, Mariana Chávez-Cervantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmüller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz

Chúng tôi tiết lộ quá trình tách điện tích siêu nhanh trong cấu trúc dị thể WS2/graphene, có khả năng cho phép tiêm spin quang học vào graphene.

Bởi Sven Aeschlimann, Antonio Rossi, Mariana Chávez-Cervantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmüller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz

Chúng tôi tiết lộ quá trình tách điện tích siêu nhanh trong cấu trúc dị thể WS2/graphene, có khả năng cho phép tiêm spin quang học vào graphene.

© 2020 Hiệp hội vì sự tiến bộ của khoa học Hoa Kỳ. Mọi quyền được bảo lưu. AAAS là đối tác của HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef và COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.