Onderzoekers identificeren ultrasnelle dynamiek in monolaag MoS₂/ReSe₂ heterostructuren

Gemeten THz elektrische veldgolfvormen uitgezonden door ReSe₂/MoS₂ en MoS₂/ReSe₂ heterostructuren met 800 nm pompexcitatie. Krediet: Yang Jin

Een samenwerkend team onder leiding van Prof. Su Fuhai van de Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) heeft onlangs de ultrasnelle dynamiek in monolaag MoS geïdentificeerd.₂/ReSe₂ heterostructuren.

Na het bestuderen van de ultrasnelle dragerdynamiek van deze heterostructuur, identificeerden de onderzoekers de ontspanningsroutes en tussenprocessen van drageroverdracht, vrije dragerevolutie en tussenlaag-exciton, enz., Binnen verschillende tijdschalen variërend van sub-picoseconden tot honderden picoseconden. Resultaten zijn gepubliceerd in ACS Nano.

De constructie van van der Waals (vdW) heterostructuren, met behulp van verschillende tweedimensionale (2D) overgangsmetaal dichalcogenides (TMD’s) films, biedt een veelbelovende route om de fysieke eigenschappen voor individuele lagen aan te passen en hun toepassingsmogelijkheden in foto-elektrische apparaten verder uit te breiden. Ondertussen speelt het begrip van de dynamiek van fotodragers in vdW 2-D-TMD’s, inclusief verschillende intermediaire excitatiesoorten en relaxatieroutes, een essentiële rol voor de ontwikkeling van apparaten.

Het volledige scenario van de dynamiek van fotodragers, vooral in de op Rhenium dichalcogenides gebaseerde 2D-TMD’s heterostructuren die significantie hebben in de polarisatiegevoelige foto-elektrische apparaten in het nabij-infraroodspectrum, blijft tot nu toe ongrijpbaar.

Tijd-opgeloste en frequentie-opgeloste THz-fotogeleiding opgewekt met 800 nm pomppulsen in ReSe₂ monolaag en MoS₂-ReSe₂ heterostructuren. Krediet: Yang Jin

In dit onderzoek, met grootschalige verticaal gestapelde heterostructuren vervaardigd door hun medewerkers, onderzochten de onderzoekers de dynamiek van fotodragers via THz-emissiespectroscopie, tijdsopgeloste THz-spectroscopie en nabij-infrarood optische pompsonde-spectroscopie, wat de directe sonde van out-of- respectievelijk vliegtuigladingsoverdracht (CT), ladingstransport in het vlak en interbandtransitie.

Ondersteund door de theoretische berekeningen en simulaties, hebben ze de dynamiek van de fotodrager vastgesteld over ladingsscheiding, inclusief de initiële CT, tussentijdse evolutie van vrij elektron-gat plasma naar tussenlaagse excitonen en vrije-drager trapping, evenals de langlevende recombinatie van interexcitons.

CT heeft de neiging om de transiënte THz-fotogeleiding (~ 2,8 keer), niet-lineaire verzadigbare absorptie (~ 5 keer) en interbandrecombinatie-levensduur (> 10 keer) in de heterostructuren aanzienlijk te verhogen in vergelijking met de geïsoleerde ReSe₂ monolaag, wat voor hen het meest interessant is, omdat het de afstembaarheid over een groot bereik in de dynamiek van fotodragers aantoonde op basis van de constructie van heterostructuren.

Dit werk biedt uitgebreid inzicht in de dynamiek van fotodragers over de ladingsscheiding en het zal helpen bij de ontwikkeling van opto-elektronische apparaten op basis van ReSe₂-MoS₂ heterostructuren.