A nlo photoemission spectroscopy ti akoko ati igun ti a yanju (tr-ARPES) lati ṣe iwadii gbigbe idiyele iyara pupọ ninu ẹya epitaxial heterostructure ti a ṣe pẹlu monolayer WS2 ati graphene. Heterostructure yii darapọ awọn anfani ti semiconductor direct-gap pẹlu asopọ spin-orbit lagbara ati ibaraenisepo ina-ohun to lagbara pẹlu awọn ti semimetal ti o gbalejo awọn gbigbe massless pẹlu gbigbe giga pupọ ati igbesi aye yiyi gigun. A rii pe, lẹhin photoexcitation ni resonance si A-exciton ni WS2, awọn ihò photoexcited yiyara yipada sinu fẹlẹfẹlẹ graphene lakoko ti awọn elekitironi photoexcited duro ni fẹlẹfẹlẹ WS2. A rii pe ipo iyipada ti o ya sọtọ ti o jẹyọ ni ~ 1 ps igbesi aye. A so awọn awari wa si awọn iyatọ ninu aaye ipele itankale ti o fa nipasẹ tito ibatan ti awọn okun WS2 ati graphene gẹgẹbi a ti ṣafihan nipasẹ ARPES ti o ga-giga. Ni apapo pẹlu spin-selective opitika excitation, heterostructure WS2/graphene ti a ṣe iwadii le pese ipilẹ fun abẹrẹ iyipo opitika ti o munadoko sinu graphene.
Wíwà ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ohun èlò onípele méjì ti ṣí àǹfààní sílẹ̀ láti ṣẹ̀dá àwọn ẹ̀yà ara tuntun tín-tín pẹ̀lú àwọn iṣẹ́ tuntun pátápátá tí ó da lórí ìṣàyẹ̀wò dielectric tí a ṣe àtúnṣe àti onírúurú ipa tí ó fa ìsúnmọ́ (1–3). Àwọn ẹ̀rọ ẹ̀rí-ìpìlẹ̀ fún àwọn ohun èlò ọjọ́ iwájú nínú ẹ̀ka ẹ̀rọ itanna àti optoelectronics ni a ti rí (4–6).
Níbí, a dojúkọ àwọn ẹ̀yà ara ìṣètò epitaxial van der Waals tí ó ní monolayer WS2, semiconductor direct-gap pẹ̀lú ìsopọ̀ spin-orbit tó lágbára àti pípín spin tó pọ̀ gan-an ti ìṣètò band nítorí ìṣọ̀kan inversion tí ó bàjẹ́ (7), àti monolayer graphene, semimetal pẹ̀lú ìṣètò conical band àti ìṣíkiri carrier gíga gan-an (8), tí a gbìn lórí hydrogen-terminated SiC(0001). Àwọn àmì àkọ́kọ́ fún ìyípadà charge ultrafast (9–15) àti àwọn ipa ìsopọ̀ spin-orbit tí ó súnmọ́ (16–18) mú kí WS2/graphene àti àwọn heterostructures tí ó jọra jẹ́ àwọn olùdíje fún àwọn optoelectronic (19) àti optospintronic (20) ọjọ́ iwájú.
A pinnu láti ṣí àwọn ipa ọ̀nà ìsinmi ti àwọn pọ́ọ̀tì-ihò oní-fọ́tò nínú WS2/graphene pẹ̀lú àwòrán photoemission spectroscopy time-and angle-resolved (tr-ARPES). Fún ète yẹn, a mú kí heterostructure náà wúlò pẹ̀lú àwọn ìlù 2-eV pump resonant sí A-exciton nínú WS2 (21, 12) a sì yọ photoelectrons jáde pẹ̀lú ìlù probe tí a fi àkókò kejì ṣe ní agbára photon 26-eV. A pinnu agbára kinetic àti igun ìtújáde ti photoelectrons pẹ̀lú olùṣàyẹ̀wò hemispherical gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ ti ìdádúró pump-probe láti ní àǹfààní sí àwọn agbára, agbára, àti àkókò tí a yanjú. Ìpinnu agbára àti àkókò jẹ́ 240 meV àti 200 fs, ní ìtẹ̀léra.
Àwọn àbájáde wa fúnni ní ẹ̀rí tààrà fún ìyípadà agbára kíákíá láàárín àwọn ìpele tí a ṣe àtúnṣe sí epitaxial, tí ó jẹ́rìí sí àwọn àmì àkọ́kọ́ tí ó dá lórí gbogbo àwọn ọ̀nà ìrísí ojú ní àwọn heterostructures tí a fi ọwọ́ ṣe pẹ̀lú ìtòlẹ́sẹẹsẹ azimuthal aláìṣeéyípadà ti àwọn ìpele (9–15). Ní àfikún, a fihàn pé ìyípadà agbára yìí kò ní ìbáramu púpọ̀. Àwọn ìwọ̀n wa fihàn ipò ìgbà díẹ̀ tí a ti yà sọ́tọ̀ fún ìyípadà agbára pẹ̀lú àwọn elekitiron àti ihò tí a ti yọ kúrò nínú ìpele WS2 àti graphene, lẹ́sẹẹsẹ, tí ó wà fún ~1 ps. A túmọ̀ àwọn àwárí wa ní ìbámu pẹ̀lú àwọn ìyàtọ̀ nínú ààyè ìtúká fún ìyípadà electron àti ihò tí ìtòlẹ́sẹẹsẹ ìbáramu ti àwọn ìpele WS2 àti graphene fà gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nípasẹ̀ ARPES tí ó ga-gíga. Ní ìdàpọ̀ pẹ̀lú ìtara opitika spin- àti valley-selective (22–25), àwọn heterostructures WS2/graphene lè pèsè ìpele tuntun fún ìfúnni spin opitika ultrafast tí ó munadoko sínú graphene.
Àwòrán 1A fi ìwọ̀n ARPES gíga tí a rí gbà pẹ̀lú fìtílà helium ti ìṣètò ìpele ìpele náà ní ìtọ́sọ́nà ΓK ti epitaxial heterostructure WS2/graphene hàn. A rí i pé konu Dirac ní ihò pẹ̀lú ojú-ìwé Dirac tí ó wà ní ~0.3 eV lókè agbára kẹ́míkà ìpele ìpele ìpele náà. A rí i pé òkè valence band WS2 tí a pín sí méjì jẹ́ ~1.2 eV ní ìsàlẹ̀ agbára kẹ́míkà ìpele ìpele náà.
(A) Ìwọ̀n ìṣàn fọ́tò tí a wọ̀n ní ìtọ́sọ́nà ΓK pẹ̀lú fìtílà helium tí kò ní ìpìlẹ̀. (B) Ìṣàn fọ́tò fún ìdádúró ìṣàn fọ́tò tí kò dára tí a wọ̀n pẹ̀lú àwọn ìlù ultra ultraviolet p-polarized ní agbára fọ́tòn 26-eV. Àwọn ìlà grẹ́y àti pupa tí a fi àmì sí ipò àwọn ìpìlẹ̀ ìlà tí a lò láti fa àwọn ipò òkè ìgbà díẹ̀ jáde nínú Àwòrán 2. (C) Àwọn ìyípadà tí fifa omi ń fà ti ìṣàn fọ́tò 200 fs lẹ́yìn ìgbónára fọ́tòn tí a fihàn ní agbára fọ́tòn tí a fihàn ní 2 eV pẹ̀lú ìfàmọ́ra fọ́tòn ti 2 mJ/cm2. Èrè àti pípadánù àwọn fọ́tòn ni a fihàn ní pupa àti búlúù, lẹ́sẹẹsẹ. Àwọn àpótí náà fihàn agbègbè ìṣọ̀kan fún àwọn àmì ìṣàn fọ́tò tí a fihàn ní Àwòrán 3.
Àwòrán 1B fi àwòrán tr-ARPES ti ìṣètò ìpele ìpele tó súnmọ́ WS2 àti àwọn àmì K graphene tí a wọ̀n pẹ̀lú àwọn ìlù ultraviolet líle koko 100-fs ní agbára photon 26-eV ní ìdádúró pump-probe odi kí ó tó dé pulse pump náà. Níbí, a kò yanjú ìpínyà spin nítorí ìbàjẹ́ àpẹẹrẹ àti wíwà pulse pump 2-eV tí ó ń fa fífẹ̀ agbára àyè àwọn ẹ̀yà spectral. Àwòrán 1C fi àwọn ìyípadà tí pump fà ti photocurrent hàn ní ìbámu pẹ̀lú Àwòrán 1B ní ìdádúró pump-probe ti 200 fs níbi tí àmì pump-probe dé ibi tí ó pọ̀ jùlọ. Àwọn àwọ̀ pupa àti bulu fi èrè àti pípadánù àwọn photoelectrons hàn, ní ìtẹ̀léra.
Láti ṣàyẹ̀wò àwọn ìyípadà tó níye lórí yìí, a kọ́kọ́ mọ àwọn ipò gíga onígbà díẹ̀ ti band valence WS2 àti band graphene π ní ẹ̀gbẹ́ àwọn ìlà tí a fi àmì sí ní Àwòrán 1B gẹ́gẹ́ bí a ti ṣàlàyé rẹ̀ ní kíkún nínú Àwọn Ohun Èlò Àfikún. A rí i pé band valence WS2 yí sókè nípa 90 meV (Àwòrán 2A) àti band graphene π yí padà sí ìsàlẹ̀ nípa 50 meV (Àwòrán 2B). A rí i pé ìgbésí ayé exponential ti àwọn ìyípadà wọ̀nyí jẹ́ 1.2 ± 0.1 ps fún band valence ti WS2 àti 1.7 ± 0.3 ps fún band graphene π. Àwọn ìyípadà òkè wọ̀nyí fúnni ní ẹ̀rí àkọ́kọ́ ti gbígbà agbára ìgbà díẹ̀ ti àwọn fẹlẹfẹlẹ méjì, níbi tí agbára ìdènà rere (odi) afikún ń pọ̀ sí i (dínkù) agbára ìdè ti àwọn ipò ẹ̀rọ itanna. Ṣàkíyèsí pé ìyípadà ti band valence WS2 ni ó ṣe pàtàkì fún àmì pump-probe tí ó hàn gbangba ní agbègbè tí àpótí dúdú ti samisi ní Àwòrán 1C.
Ìyípadà ní ipò gíga ti WS2 valence band (A) àti graphene π-band (B) gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ ti ìdádúró pump-probe pẹ̀lú àwọn ìbáramu exponential (àwọn ìlà tí ó nípọn). Ìgbésí ayé ìyípadà WS2 ní (A) jẹ́ 1.2 ± 0.1 ps. Ìgbésí ayé ìyípadà graphene ní (B) jẹ́ 1.7 ± 0.3 ps.
Lẹ́yìn náà, a so àmì ìwádìí pump-probe pọ̀ mọ́ àwọn agbègbè tí àwọn àpótí aláwọ̀ fihàn nínú Àwòrán 1C, a sì ṣe àfihàn iye tí ó yọrí sí gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ ìdádúró pump-probe ní Àwòrán 3. Ìtẹ̀ 1 nínú Àwòrán 3 fi agbára àwọn ohun èlò tí a fi fọ́tò ṣe hàn nítòsí ìsàlẹ̀ ìpele ìdarí ti ìpele WS2 pẹ̀lú ìgbésí ayé 1.1 ± 0.1 ps tí a rí láti inú ìbáramu exponential sí dátà náà (wo Àwọn Ohun Èlò Àfikún).
Àwọn àmì ìwádìí fifa omi gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ ìdádúró tí a rí nípa sísopọ̀ photocurrent pọ̀ mọ́ agbègbè tí àwọn àpótí inú Àwòrán 1C tọ́ka sí. Àwọn ìlà tí ó nípọn náà bá dátà mu. Ìtẹ̀ (1) Iye àwọn olùgbé ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ ìgbà díẹ̀ nínú ìpele ìdarí WS2. Ìtẹ̀ (2) Àmì ìwádìí fifa omi ti π-band ti graphene lókè agbára kẹ́míkà ìwọ́ntúnwọ̀nsì. Ìtẹ̀ (3) Àmì ìwádìí fifa omi ti π-band ti graphene lábẹ́ agbára kẹ́míkà ìwọ́ntúnwọ̀nsì. Ìtẹ̀ (4) Àmì ìwádìí fifa omi tí ó wà nínú ìpele valence ti WS2. A rí i pé ìgbésí ayé àwọn ènìyàn jẹ́ 1.2 ± 0.1 ps nínú (1), 180 ± 20 fs (èrè) àti ∼2 ps (pàdánù) nínú (2), àti 1.8 ± 0.2 ps nínú (3).
Nínú àwọn ìlà 2 àti 3 ti Àwòrán 3, a fi àmì ìwádìí pump-probe ti graphene π-band hàn. A rí i pé èrè àwọn elekitironi tí ó wà lókè agbára kẹ́míkà ìwọ́ntúnwọ̀nsì (ìlà 2 nínú Àwòrán 3) ní ìgbésí ayé kúkúrú púpọ̀ (180 ± 20 fs) ní ìfiwéra pẹ̀lú pípadánù àwọn elekitironi tí ó wà ní ìsàlẹ̀ agbára kẹ́míkà ìwọ́ntúnwọ̀nsì (1.8 ± 0.2 ps ní ìlà 3) Àwòrán 3). Síwájú sí i, èrè àkọ́kọ́ ti photocurrent ní ìlà 2 ti Àwòrán 3 ni a rí pé ó yípadà sí àdánù ní t = 400 fs pẹ̀lú ìgbésí ayé ∼2 ps. A rí i pé àìdọ́gba láàrín èrè àti pípadánù kò sí nínú àmì ìwádìí pump-probe ti graphene monolayer tí a kò bò mọ́ (wo àwòrán S5 nínú Àwọn Ohun Èlò Àfikún), tí ó fihàn pé àìdọ́gba jẹ́ àbájáde ìsopọ̀ àárín àwọn ìlà nínú heterostructure WS2/graphene. Àkíyèsí èrè ìgbà kúkúrú àti àdánù ìgbà pípẹ́ lókè àti ní ìsàlẹ̀ agbára kẹ́míkà ìwọ́ntúnwọ̀nsì, lẹ́sẹẹsẹ, fihàn pé a yọ àwọn elekitironi kúrò nínú ìpele graphene dáadáa nígbà tí a bá ń yọ àwòrán heterostructure náà kúrò. Nítorí náà, ìpele graphene di èyí tí ó ní agbára rere, èyí tí ó bá ìbísí agbára ìdè ti ìpele π tí a rí nínú Àwòrán 2B mu. Ìyípadà ìsàlẹ̀ ti ìpele π yọ ìrù agbára gíga ti ìwọ́ntúnwọ̀nsì Fermi-Dirac kúrò láti òkè agbára kẹ́míkà ìwọ́ntúnwọ̀nsì, èyí tí ó ṣàlàyé díẹ̀ nípa ìyípadà àmì àmì pump-probe ní ìpele 2 ti Àwòrán 3. A ó fihàn ní ìsàlẹ̀ pé ipa yìí túbọ̀ ń pọ̀ sí i nípa pípadánù ìgbà díẹ̀ ti àwọn elekitironi nínú ìpele π.
Àmì ìdánwò-ẹ̀rọ net pump-probe ti WS2 valence band ní curve 4 ti Àwòrán 3 ló ń ṣètìlẹ́yìn fún ìṣẹ̀lẹ̀ yìí. A gba àwọn ìwádìí wọ̀nyí nípa ṣíṣàpọ̀ àwọn ìkà lórí agbègbè tí àpótí dúdú fúnni ní Àwòrán 1B tí ó ń ya àwọn elekitironi tí a yọ jáde láti inú valence band ní gbogbo ìdánwò-ẹ̀rọ pump-probe. Nínú àwọn ọ̀pá àṣìṣe ìdánwò, a kò rí àmì kankan fún wíwà àwọn ihò nínú valence band ti WS2 fún ìdánwò-ẹ̀rọ pump-probe èyíkéyìí. Èyí fihàn pé, lẹ́yìn ìgbónára-ẹ̀rọ, a máa ń tún àwọn ihò wọ̀nyí ṣe kíákíá lórí ìwọ̀n àkókò kúkúrú ní ìfiwéra pẹ̀lú ìpinnu àkókò wa.
Láti pèsè ẹ̀rí ìkẹyìn fún àbá wa nípa ìyàsọ́tọ̀ agbára gíga jùlọ nínú ìṣètò WS2/graphene, a pinnu iye àwọn ihò tí a gbé lọ sí ìpele graphene gẹ́gẹ́ bí a ti ṣàlàyé rẹ̀ ní kíkún nínú Àwọn Ohun Èlò Àfikún. Ní kúkúrú, a fi ìpínkiri Fermi-Dirac sí ìpínkiri oníná mànàmáná oníná π. Lẹ́yìn náà, a ṣírò iye àwọn ihò láti inú àwọn iye tí ó yọrí sí agbára kẹ́míkà oníná mànàmáná àti iwọ̀n otútù oníná mànàmáná. Àbájáde náà hàn nínú Àwòrán 4. A rí i pé àpapọ̀ iye ihò ~5 × 1012/cm2 ni a gbé láti WS2 sí graphene pẹ̀lú ìgbésí ayé exponential ti 1.5 ± 0.2 ps.
Àyípadà iye ihò nínú π-band gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ ìdádúró pump-probe pẹ̀lú ìfaradà exponential tí ó ń mú kí ìgbésí ayé 1.5 ± 0.2 ps.
Láti inú àwọn àwárí tí a rí nínú Àwòrán 2 sí 4, àwòrán kékeré tí ó tẹ̀lé yìí fún ìyípadà agbára gíga jùlọ nínú ìṣètò WS2/graphene farahàn (Àwòrán 5). Ìṣípayá fọ́tò ti ìṣètò WS2/graphene ní 2 eV fi agbára kún A-exciton nínú WS2 (Àwòrán 5A). Àwọn ìṣípayá ẹ̀rọ itanna míràn kọjá ojú òpó Dirac nínú graphene àti láàárín àwọn ìdè WS2 àti graphene ṣeé ṣe ní agbára ṣùgbọ́n wọn kò fi bẹ́ẹ̀ ṣiṣẹ́ dáadáa. Àwọn ihò fọ́tò tí a fi iná mànàmáná ṣe ni a tún fi àwọn elekitironi tí ó wá láti inú graphene π-band kún lórí ìwọ̀n àkókò kúkúrú ní ìfiwéra pẹ̀lú ìpinnu àkókò wa (Àwòrán 5A). Àwọn elekitironi tí a fi iná mànàmáná ṣe nínú ìdènà WS2 ní ìgbésí ayé ~1 ps (Àwòrán 5B). Síbẹ̀síbẹ̀, ó gba ~2 ps láti tún àwọn ihò inú graphene π-band kún (Àwòrán 5B). Èyí fihàn pé, yàtọ̀ sí ìyípadà tààrà elekitironi láàrín ìpele ìdarí WS2 àti ìpele graphene π, a gbọ́dọ̀ gbé àwọn ipa ọ̀nà ìsinmi afikún—bóyá nípasẹ̀ àwọn ipò àbùkù (26)—rò láti lóye gbogbo ìṣiṣẹ́ náà.
(A) Ìmúsí ...
Nínú ipò ìfàsẹ́yìn, àwọn elekitironi tí a ti yọ kúrò nínú àwòrán ń gbé nínú ìpele ìdarí WS2 nígbàtí àwọn ihò tí a ti yọ kúrò nínú àwòrán wà nínú ìpele π ti graphene (Àwòrán 5C). Èyí túmọ̀ sí wípé ìpele WS2 ní agbára tí kò dára àti pé ìpele graphene ní agbára rere. Èyí jẹ́ àbájáde fún àwọn ìyípadà òkè ìgbàanì (Àwòrán 2), àìdọ́gba ti àmì ìwádìí graphene (àwọn ìpele 2 àti 3 ti Àwòrán 3), àìsí àwọn ihò nínú ìpele valence ti WS2 (ìpele 4 Àwòrán 3), àti àwọn ihò afikún nínú ìpele π ti graphene (Àwòrán 4). Ìgbésí ayé ipò tí a yà sọ́tọ̀ nínú agbára yìí jẹ́ ∼1 ps (ìpele 1 Àwòrán 3).
A ti rí àwọn ipò ìgbà díẹ̀ tí wọ́n ya ara wọn sọ́tọ̀ nínú àwọn ẹ̀yà ara van der Waals tí ó jọra tí a ṣe láti inú àwọn semiconductors méjì tí ó ní ìlà tààrà pẹ̀lú ìṣètò ìlà 2 àti ìlà gígún tí a yà sọ́tọ̀ (27–32). Lẹ́yìn ìgbónára fọ́tò, a rí i pé àwọn elekitironi àti ihò ń yára lọ sí ìsàlẹ̀ ìlà lílo conduction àti sí òkè ìlà valence, lẹ́sẹẹsẹ, tí ó wà ní oríṣiríṣi ìpele ti heterostructure (27–32).
Nínú ọ̀ràn heterostructure WS2/graphene wa, ibi tí ó dára jùlọ fún àwọn elekitironi àti ihò wà ní ìpele Fermi nínú ìpele graphene onírin. Nítorí náà, a lè retí pé àwọn elekitironi àti ihò méjèèjì yóò yára yípadà sí graphene π-band. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn ìwọ̀n wa fihàn kedere pé ìyípadà ihò (<200 fs) munadoko ju ìyípadà elekitironi lọ (∼1 ps). A fi èyí hàn sí ìtòlẹ́sẹẹsẹ agbára ìbáṣepọ̀ ti WS2 àti àwọn bandi graphene gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 1A tí ó fúnni ní iye àwọn ipò ìkẹyìn tí ó pọ̀ jùlọ fún ìyípadà ihò ní ìfiwéra pẹ̀lú ìyípadà elekitironi gẹ́gẹ́ bí a ṣe retí láìpẹ́ yìí (14, 15). Nínú ọ̀ràn yìí, tí a bá gbà pé ~2 eV WS2 bandgap, agbára kẹ́míkà graphene Dirac point àti ìwọ̀n ìwọ́ntúnwọ̀nsì wà ní ~0.5 àti ~0.2 eV ní òkè àárín bandigap WS2, ní ìtẹ̀léra, wọ́n ń fọ́ ìṣọ̀kan electron-hole. A rí i pé iye àwọn ipò ìkẹyìn tó wà fún ìyípadà ihò tó tó ìgbà mẹ́fà ju ti ìyípadà electron lọ (wo Àwọn Ohun Èlò Àfikún), ìdí nìyí tí a fi ń retí pé ìyípadà ihò yóò yára ju ìyípadà electron lọ.
Àwòrán pípé ti gbigbe agbara asymmetric ultrafast tí a rí yẹ kí ó tún ronú nípa ìdàpọ̀ láàárín àwọn orbital tí ó para pọ̀ di iṣẹ́ igbi A-exciton nínú WS2 àti graphene π-band, lẹ́sẹẹsẹ, àwọn ikanni ìtújáde electron-electron àti electron-phonon tí ó yàtọ̀ síra pẹ̀lú àwọn ìdènà tí a fi agbára, agbára, spin, àti pseudospin ṣe, ipa ti awọn oscillations plasma (33), àti ipa ti o ṣeeṣe ti o le displacive excitation ti awọn oscillations phonon ti o ni ibamu ti o le ṣe aridaju gbigbe agbara (34, 35). Bakannaa, ẹnikan le ṣe akiyesi boya ipo gbigbe agbara ti a ṣakiyesi ni awọn excitons gbigbe agbara tabi awọn orisii iho elekitironi ọfẹ (wo Awọn Ohun elo Afikun). Awọn iwadii imọ-jinlẹ siwaju sii ti o kọja opin iwe yii ni a nilo lati ṣalaye awọn ọran wọnyi.
Ní àkótán, a ti lo tr-ARPES láti ṣe àyẹ̀wò ìyípadà agbára àárín-ayé nínú ìṣètò WS2/graphene epitaxial. A rí i pé, nígbà tí a bá ní ìtara sí A-exciton ti WS2 ní 2 eV, àwọn ihò photoexcited yára yí padà sí ìpele graphene nígbà tí àwọn electrons photoexcited dúró sí ìpele WS2. A fi èyí hàn sí òtítọ́ pé iye àwọn ipò ìkẹyìn tí ó wà fún ìyípadà ihò tóbi ju ti ìyípadà electron lọ. A rí i pé ìgbésí ayé ipò transient tí a yà sọ́tọ̀ fún charge jẹ́ ~1 ps. Ní àpapọ̀ pẹ̀lú ìtara optical spin-selective nípa lílo ìmọ́lẹ̀ yíká (22–25), ìyípadà agbára ultrafast tí a ṣàkíyèsí lè wà pẹ̀lú ìyípadà spin. Nínú ọ̀ràn yìí, a lè lo heterostructure WS2/graphene tí a ṣe ìwádìí rẹ̀ fún ìfúnpọ̀ optical spin sínú graphene tí ó mú kí àwọn ẹ̀rọ optospintronic tuntun wá.
A gbin àwọn àpẹẹrẹ graphene lórí àwọn wafers semiconducting 6H-SiC(0001) ti a ṣe láti ọ̀dọ̀ SiCrystal GmbH. Àwọn wafers N-doped wà lórí axis pẹ̀lú ìgé tí kò tọ́ ní ìsàlẹ̀ 0.5°. A fi hydrogen ṣe àwọ̀ ilẹ̀ SiC láti mú àwọn ìfọ́ kúrò kí a sì gba àwọn ilẹ̀ títẹ́jú déédé. Lẹ́yìn náà, a fi Si-pari tí ó mọ́ tónítóní àti títẹ́jú atomiki ṣe àwòkọ nípa fífi àyẹ̀wò náà sínú afẹ́fẹ́ Ar ní 1300°C fún ìṣẹ́jú 8 (36). Ní ọ̀nà yìí, a gba fẹlẹfẹlẹ erogba kan ṣoṣo níbi tí gbogbo átọ̀mù erogba kẹta ṣe ìsopọ̀ covalent sí substrate SiC (37). Lẹ́yìn náà, a yí fẹlẹfẹlẹ yìí padà sí graphene sp2-hybridized quasi free-standing hole-doped graphene nípasẹ̀ hydrogen intercalation (38). Àwọn àpẹẹrẹ wọ̀nyí ni a ń pè ní graphene/H-SiC(0001). Gbogbo ilana náà ni a ṣe ní yàrá ìdàgbàsókè Black Magic ti ìṣòwò láti ọ̀dọ̀ Aixtron. A ṣe ìdàgbàsókè WS2 nínú ohun èlò ìgbóná ògiri tí ó wọ́pọ̀ nípa lílo ìdènà èéfín kẹ́míkà onítẹ̀sí kékeré (39, 40) nípa lílo àwọn lulú WO3 àti S pẹ̀lú ìpíndọ́gba ìwọ̀n 1:100 gẹ́gẹ́ bí àwọn ohun tí ó ń ṣáájú. A pa àwọn lulú WO3 àti S mọ́ ní 900 àti 200°C lẹ́sẹẹsẹ. A gbé lulú WO3 náà sí ẹ̀gbẹ́ substrate náà. A lo Argon gẹ́gẹ́ bí gaasi tí ń gbé nǹkan pẹ̀lú ìṣàn 8 sccm. A pa titẹ nínú ohun èlò ìgbóná náà mọ́ ní 0.5 mbar. A ṣe àfihàn àwọn àpẹẹrẹ náà pẹ̀lú ohun èlò ìgbóná elekitiron kejì, ohun èlò ìgbóná atomu, Raman, àti ohun èlò ìgbóná photoluminescence, àti ìyípadà electron oníwọ̀n-agbára. Àwọn ìwọ̀n wọ̀nyí fi àwọn agbègbè méjì tí ó yàtọ̀ síra WS2 hàn níbi tí ΓK- tàbí ìtọ́sọ́nà ΓK' bá ìtọ́sọ́nà ΓK ti fẹlẹfẹlẹ graphene mu. Gígùn ẹ̀gbẹ́ agbègbè yàtọ̀ síra láàrín 300 àti 700 nm, àti pé àpapọ̀ ìbòjú WS2 jẹ́ nǹkan bí 40%, èyí tó yẹ fún àgbéyẹ̀wò ARPES.
A ṣe àwọn àdánwò ARPES tí kò ní ìdúróṣinṣin pẹ̀lú ẹ̀rọ ìṣàyẹ̀wò hemispherical (SPECS PHOIBOS 150) nípa lílo ẹ̀rọ tí a so mọ́ charge-detector system fún wíwá agbára elekitironi àti agbára ìṣípo. A lo ìtànṣán He Iα tí kò ní ìlọ́po méjì, monochromatic (21.2 eV) ti orísun ìtújáde He gíga (VG Scienta VUV5000) fún gbogbo àwọn àdánwò photoemission. Agbára àti ìpinnu angular nínú àwọn àdánwò wa dára ju 30 meV àti 0.3° lọ (tó bá 0.01 Å−1 mu), lẹ́sẹẹsẹ. Gbogbo àwọn àdánwò ni a ṣe ní iwọ̀n otútù yàrá. ARPES jẹ́ ọ̀nà tí ó ní ìmọ̀lára púpọ̀ lórí ojú ilẹ̀. Láti yọ àwọn photoelectrons kúrò láti inú WS2 àti graphene layer, a lo àwọn àyẹ̀wò tí ó ní ìbòjú WS2 tí kò pé tó ~40%.
A gbé ètò tr-ARPES kalẹ̀ lórí àmúdàgbà Titanium:Sapphire 1-kHz (Coherent Legend Elite Duo). A lo agbára ìjáde 2 mJ fún ìṣẹ̀dá harmonics gíga nínú argon. Ìmọ́lẹ̀ ultraviolet tó ga jùlọ tó yọrí sí yìí kọjá nípasẹ̀ monochromator grating kan tó ń ṣe àwọn ìlù probe 100-fs ní agbára photon 26-eV. A fi agbára ìjáde amplifier 8mJ ránṣẹ́ sí àmúdàgbà optical parametric (HE-TOPAS láti Ìyípadà Ìmọ́lẹ̀). A ṣe ìlọ́po méjì ìpele ...
Àwọn ohun èlò afikún fún àpilẹ̀kọ yìí wà ní http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/20/eaay0761/DC1
Àpilẹ̀kọ yìí jẹ́ ìwé tí a pín síta lábẹ́ àwọn òfin ìwé àṣẹ Creative Commons Attribution-NonCommercial, èyí tí ó fún ni láàyè láti lò, pínpín, àti àtúnṣe ní ọ̀nà èyíkéyìí, níwọ̀n ìgbà tí lílo èyí tí ó yọrí sí kò bá ṣe fún àǹfààní ìṣòwò àti bí a bá tọ́ka sí iṣẹ́ àtilẹ̀wá náà dáadáa.
ÀKÍYÈSÍ: Àdírẹ́sì ìméèlì rẹ nìkan ni a ń béèrè fún kí ẹni tí o ń dámọ̀ràn ojú ìwé náà mọ̀ pé o fẹ́ kí wọ́n rí i, àti pé kì í ṣe ìwé àfọwọ́kọ lásán. A kò gba àdírẹ́sì ìméèlì kankan.
Ibeere yii wa fun idanwo boya o jẹ alejo eniyan tabi rara ati lati ṣe idiwọ awọn ifisilẹ spam laifọwọyi.
Nipasẹ Sven Aeschlimann, Antonio Rossi, Mariana Chávez-Cervantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmüller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz
A ṣafihan ipinya gbigba agbara iyara pupọ ninu heterostructure WS2/graphene ti o ṣee ṣe ki o fun ni anfani lati ṣe abẹrẹ iyipo opitika sinu graphene.
Nipasẹ Sven Aeschlimann, Antonio Rossi, Mariana Chávez-Cervantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmüller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz
A ṣafihan ipinya gbigba agbara iyara pupọ ninu heterostructure WS2/graphene ti o ṣee ṣe ki o fun ni anfani lati ṣe abẹrẹ iyipo opitika sinu graphene.
© 2020 Ẹgbẹ Amẹrika fun Ilọsiwaju ti Imọ. Gbogbo awọn ẹtọ wa ni ipamọ. AAAS jẹ alabaṣepọ ti HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ati COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: May-25-2020