上海大学，上海科技大学ACS Photonics：揭示石墨烯-MoS2异质结中栅控超快电荷转移的基本极限

成果介绍

当石墨烯与过渡金属硫族化合物（TMDCs）形成异质结时，能量低于TMDCs带隙的光子可以被石墨烯俘获并通过超快电荷转移注入TMDCs中。控制和理解这种超快电荷转移对于开发先进的光子和光电子器件至关重要。

有鉴于此，近日，上海大学马国宏教授和上海科技大学刘伟民教授（共同通讯作者）等合作使用超快太赫兹和瞬态吸收光谱证明了栅控方法在控制石墨烯-MoS₂异质结中超快电荷转移效率方面的巨大潜力，并揭示了该方法的基本极限。本文的研究结果表明，通过改变石墨烯中热电子的费米分布，栅极偏置可以将从石墨烯转移到MoS₂的热电子数量调制数倍。在上述调制中，栅极控制方法有一个上限，本文揭示了这种限制的潜在机制是，在高栅极偏置下，石墨烯的化学势超过MoS₂的带边，导致电荷转移的能量势垒增加。结合栅控限制的光热离子发射模型可以很好地再现实验结果。本文的研究证明了栅控方法在调节石墨烯-MoS₂异质结中超快电荷转移的作用和基本局限性，为相关光电探测器、太阳能电池和光电器件的发展提供了见解。

图文导读    

图1. Gr/MoS₂异质结中栅控电荷转移限制的潜在机制。

图2. Gr/MoS₂异质结的结构与表征。

图3. 通过改变Gr/MoS₂异质结器件的栅极偏置，具有不同费米能级的Gr/MoS₂异质结器件的瞬态吸收。

图4. 不同栅极偏置下Gr/MoS₂异质结器件的瞬态太赫兹光导率和静态吸收光谱。

图5. 不同石墨烯费米能级下Gr/MoS₂异质结中热电子转移和栅控极限的模拟。

文献信息

Revealing the Fundamental Limit of Gate-Controlled Ultrafast Charge Transfer in Graphene–MoS₂ Heterostructures

（ACS Photonics, 2024, DOI:10.1021/acsphotonics.4c01391）

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.4c01391    

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