二維(2D)石墨烯/過渡金屬二硫族化物(TMDs)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電荷轉(zhuǎn)移(CT)過程使得TMDs的光電轉(zhuǎn)換能力進(jìn)入更寬的光譜范圍，用于光采集器和光電探測(cè)器應(yīng)用。然而，對(duì)石墨烯/ TMDs異質(zhì)結(jié)構(gòu)中熱載流子輸運(yùn)的直接原位研究很少報(bào)道。在此，使用光泵浦和太赫茲(THz)探針(OPTP)光譜，在PtSe
2/石墨烯(P/G)異質(zhì)結(jié)構(gòu)中從石墨烯到五層PtSe
2的CT過程被證明與泵浦能流相關(guān)，這是由石墨烯中的熱聲子瓶頸(HPB)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。此外，P/G異質(zhì)結(jié)構(gòu)的頻散電導(dǎo)率和THz發(fā)射光譜證實(shí)了層間CT的存在及其依賴于泵浦流量的行為。我們的結(jié)果為P/G范德華界面的CT機(jī)制提供了深入的物理見解，這對(duì)進(jìn)一步探索基于P/G異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光電器件至關(guān)重要。
圖1. (a) PtSe
2，(b)石墨烯和(c)1300nm 波長(zhǎng)的 P/G 異質(zhì)結(jié)構(gòu)(實(shí)心曲線用單指數(shù)函數(shù)擬合)的光泵浦-THz 探針延遲的函數(shù)與泵浦內(nèi)光電效應(yīng)相關(guān)的 THz 波長(zhǎng)(Δσ)。(插圖)石墨烯電導(dǎo)率峰值的泵浦通量的依賴性。(d) PtSe
2和(e)石墨烯中載流子躍遷的示意圖(CB，導(dǎo)帶; VB，價(jià)帶; 和 EF，費(fèi)米表面)。
圖2. (a)光激發(fā) THz 電導(dǎo)率的峰值和(c) PtSe
2，石墨烯和 P/G 異質(zhì)結(jié)構(gòu)的載流子弛豫時(shí)間，分別作為從圖1提取的波長(zhǎng)為1300nm 的泵浦通量的函數(shù)。(b)光激發(fā) THz 電導(dǎo)率的峰值和(d) PtSe
2，石墨烯和 P/G 異質(zhì)結(jié)構(gòu)的載流子弛豫時(shí)間。
圖3. (a)分別在1300 nm(紅色)和650 nm(藍(lán)色)激發(fā)下石墨烯和P/G異質(zhì)結(jié)構(gòu)的CT進(jìn)程的泵浦流量依賴性。(b)熱電子從石墨烯穿過界面勢(shì)壘并注入PtSe
2層的示意圖(實(shí)心和空心圓圈分別是電子和空穴)。
圖4. 分別在(a) 0 ps(空心)和(b) 2 ps(實(shí)心)的延遲時(shí)間下，P/G異質(zhì)結(jié)構(gòu)在1300 nm激發(fā)下的光致電導(dǎo)率的DS模型擬合(圓圈和正方形分別表示THz電導(dǎo)率的實(shí)部和虛部；實(shí)線表示復(fù)電導(dǎo)率的DS模型擬合曲線；箭頭表示散射率γs。
5. P/G異質(zhì)結(jié)構(gòu)的載流子密度相關(guān)的(a)背散射參數(shù)c和(b)電子動(dòng)量散射時(shí)間τ，分別在1300 nm激發(fā)的0和2 ps的延遲時(shí)間。
圖6. (a)PtSe
2和(b) P/G異質(zhì)結(jié)構(gòu)在650 nm波長(zhǎng)不同泵浦能量密度下輻射的太赫茲脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度。
相關(guān)科研成果由中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所Zeyu Zhang、Juan Du和Yuxin Leng等人于2022年發(fā)表在The Journal of Physical Chemistry Letters（https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c02378）上。原文：Hot Carrier Transfer in PtSe2/Graphene Enabled by the Hot Phonon Bottleneck。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
