دليل مباشر على فصل الشحن فائق السرعة بكفاءة في الهياكل المتغايرة الفوقية WS2 / الجرافين

نحن نستخدم التحليل الطيفي للانبعاث الضوئي الذي تم حله بالوقت والزاوية (tr-ARPES) للتحقيق في نقل الشحنة فائقة السرعة في بنية متغايرة الفوقي مصنوعة من أحادي الطبقة WS2 والجرافين. يجمع هذا الهيكل المتغاير بين فوائد أشباه الموصلات ذات الفجوة المباشرة مع اقتران قوي في مدار الدوران وتفاعل قوي مع المادة الخفيفة مع تلك الموجودة في حاملات شبه معدنية تستضيف عديمة الكتلة مع قدرة عالية للغاية على الحركة وعمر دوران طويل. نجد أنه بعد الاستثارة الضوئية عند الرنين إلى الإكسيتون A في WS2، تنتقل الثقوب المثارة ضوئيًا بسرعة إلى طبقة الجرافين بينما تظل الإلكترونات المثارة ضوئيًا في طبقة WS2. تم العثور على الحالة العابرة المفصولة بالشحن الناتجة ويبلغ عمرها ∼ 1 ps. نعزو النتائج التي توصلنا إليها إلى الاختلافات في مساحة طور التشتت الناتجة عن المحاذاة النسبية لنطاقات WS2 والجرافين كما كشفت عنها ARPES عالية الدقة. بالاشتراك مع الإثارة البصرية الانتقائية للدوران، قد توفر البنية المتغايرة WS2/الجرافين التي تم فحصها منصة لحقن الدوران البصري الفعال في الجرافين.

لقد فتح توفر العديد من المواد المختلفة ثنائية الأبعاد إمكانية إنشاء هياكل متغايرة رفيعة جديدة مع وظائف جديدة تمامًا تعتمد على الفحص العازل المخصص والتأثيرات المختلفة الناجمة عن القرب (1-3). تم تحقيق أجهزة إثبات المبدأ للتطبيقات المستقبلية في مجال الإلكترونيات والإلكترونيات الضوئية (4-6).

نحن نركز هنا على هياكل فان دير فال الفوقية المتجانسة التي تتكون من أحادي الطبقة WS2، وهو شبه موصل ذو فجوة مباشرة مع اقتران قوي في مدار الدوران وتقسيم دوران كبير لهيكل النطاق بسبب تناظر الانعكاس المكسور (7)، والجرافين أحادي الطبقة، وهو شبه معدني مع بنية شريطية مخروطية وحركة حاملة عالية للغاية (8)، تمت زراعتها على SiC (0001) المنتهي بالهيدروجين. المؤشرات الأولى لنقل الشحنة فائقة السرعة (9–15) وتأثيرات اقتران المدار الدوراني الناتجة عن القرب (16–18) تجعل من WS2/الجرافين والهياكل المتغايرة المماثلة مرشحين واعدين لتطبيقات الإلكترونيات الضوئية المستقبلية (19) والتطبيقات الضوئية الضوئية (20).

لقد شرعنا في الكشف عن مسارات الاسترخاء لأزواج ثقب الإلكترون المولدة بالضوء في WS2 / الجرافين باستخدام التحليل الطيفي للانبعاث الضوئي الذي تم حله بالوقت والزاوية (tr-ARPES). لهذا الغرض، نقوم بإثارة البنية المتغايرة بنبضات مضخة 2 فولت ترن مع الإكسيتون A في WS2 (21، 12) ونخرج الإلكترونات الضوئية بنبضة مسبار متأخرة مرة ثانية عند طاقة فوتون 26 فولت. نحن نحدد الطاقة الحركية وزاوية الانبعاث للإلكترونات الضوئية باستخدام محلل نصف كروي كدالة لتأخير مسبار المضخة للوصول إلى ديناميكيات الموجة الحاملة للزخم والطاقة والوقت. دقة الطاقة والوقت هي 240 ميغا فولت و200 fs، على التوالي.

توفر نتائجنا دليلًا مباشرًا على نقل الشحنة فائق السرعة بين الطبقات المحاذاة الفوقي، مما يؤكد المؤشرات الأولى المستندة إلى جميع التقنيات البصرية في هياكل مغايرة مماثلة مجمعة يدويًا مع محاذاة سمتية تعسفية للطبقات (9-15). بالإضافة إلى ذلك، نظهر أن نقل الشحنة هذا غير متماثل إلى حد كبير. تكشف قياساتنا عن حالة عابرة مفصولة بالشحن لم يتم ملاحظتها سابقًا مع إلكترونات وفتحات مثيرة ضوئيًا موجودة في طبقة WS2 وطبقة الجرافين، على التوالي، والتي تعيش لمدة ∼ 1 ps. نفسر النتائج التي توصلنا إليها من حيث الاختلافات في مساحة طور الانتثار لنقل الإلكترون والفتحة الناتجة عن المحاذاة النسبية لنطاقات WS2 ونطاقات الجرافين كما كشفت عنها ARPES عالية الدقة. بالاقتران مع الإثارة البصرية الانتقائية للدوران والوادي (22–25) قد توفر الهياكل المتغايرة WS2 / الجرافين منصة جديدة لحقن الدوران البصري فائق السرعة في الجرافين.

يُظهر الشكل 1A قياس ARPES عالي الدقة تم الحصول عليه باستخدام مصباح الهيليوم لهيكل النطاق على طول اتجاه ΓK للبنية المتغايرة الفوقي WS2/الجرافين. تم العثور على مخروط Dirac مثقوبًا بنقطة Dirac التي تقع ∼ 0.3 فولت فوق الإمكانات الكيميائية للتوازن. تم العثور على الجزء العلوي من نطاق التكافؤ WS2 المنفصل بمقدار ∼ 1.2 فولت أقل من الإمكانات الكيميائية للتوازن.

(أ) تيار ضوئي متوازن يقاس على طول اتجاه ΓK باستخدام مصباح هيليوم غير مستقطب. (ب) التيار الكهروضوئي لتأخير مسبار المضخة السلبي المقاس بنبضات الأشعة فوق البنفسجية القصوى المستقطبة عند طاقة فوتون 26 فولت. تشير الخطوط الرمادية والحمراء المتقطعة إلى موضع ملفات تعريف الخط المستخدمة لاستخراج مواضع الذروة العابرة في الشكل 2. (C) التغييرات الناجمة عن المضخة للتيار الكهروضوئي 200 fs بعد الإثارة الضوئية عند طاقة فوتون المضخة البالغة 2 فولت مع فلوينس المضخة من 2 مللي جول / سم 2. يظهر كسب وخسارة الإلكترونات الضوئية باللون الأحمر والأزرق، على التوالي. تشير المربعات إلى منطقة التكامل لآثار مسبار المضخة المعروضة في الشكل 3.

يُظهر الشكل 1B لقطة tr-ARPES لهيكل النطاق بالقرب من نقاط WS2 والجرافين K المقاسة بنبضات فوق بنفسجية شديدة تبلغ 100 fs عند طاقة فوتون 26 فولت عند تأخير مسبار المضخة السلبي قبل وصول نبض المضخة. هنا، لم يتم حل تقسيم الدوران بسبب تدهور العينة ووجود نبض المضخة 2 فولت الذي يؤدي إلى توسيع شحنة الفضاء للميزات الطيفية. يوضح الشكل 1C التغييرات التي تحدثها المضخة في التيار الكهروضوئي فيما يتعلق بالشكل 1B عند تأخير مسبار المضخة بمقدار 200 fs حيث تصل إشارة مسبار المضخة إلى الحد الأقصى. تشير الألوان الحمراء والزرقاء إلى كسب وخسارة الإلكترونات الضوئية، على التوالي.

لتحليل هذه الديناميكيات الغنية بمزيد من التفصيل، نحدد أولاً مواضع الذروة العابرة لنطاق التكافؤ WS2 ونطاق الجرافين π على طول الخطوط المتقطعة في الشكل 1B كما هو موضح بالتفصيل في المواد التكميلية. نجد أن نطاق التكافؤ WS2 يرتفع بمقدار 90 ميجا فولت (الشكل 2A) ويتحول نطاق الجرافين π لأسفل بمقدار 50 ميجا فولت (الشكل 2B). تم العثور على العمر الأسي لهذه التحولات ليكون 1.2 ± 0.1 ps لنطاق التكافؤ لـ WS2 و1.7 ± 0.3 ps لنطاق الجرافين π. توفر تحولات الذروة هذه أول دليل على الشحن العابر للطبقتين، حيث تزيد (تنقص) الشحنة الإيجابية (السالبة) الإضافية طاقة الربط للحالات الإلكترونية. لاحظ أن التحول لأعلى في نطاق التكافؤ WS2 هو المسؤول عن إشارة مسبار المضخة البارزة في المنطقة المميزة بالصندوق الأسود في الشكل 1C.

التغيير في موضع الذروة لنطاق التكافؤ WS2 (A) ونطاق الجرافين π (B) كدالة لتأخير مسبار المضخة مع النوبات الأسية (الخطوط السميكة). عمر تحول WS2 في (A) هو 1.2 ± 0.1 ps. عمر تحول الجرافين في (B) هو 1.7 ± 0.3 ملاحظة.

بعد ذلك، نقوم بدمج إشارة مسبار المضخة فوق المناطق المشار إليها بواسطة المربعات الملونة في الشكل 1C ونرسم الأعداد الناتجة كدالة لتأخير مسبار المضخة في الشكل 3. يُظهر المنحنى 1 في الشكل 3 ديناميكيات ناقلات ضوئية قريبة من الجزء السفلي من نطاق التوصيل لطبقة WS2 بعمر 1.1 ± 0.1 ps تم الحصول عليها من الملاءمة الأسية للبيانات (انظر الشكل التكميلي مواد).

آثار مسبار المضخة كدالة للتأخير يتم الحصول عليها من خلال دمج التيار الكهروضوئي على المنطقة المشار إليها بواسطة المربعات في الشكل 1C. الخطوط السميكة تناسب البيانات بشكل كبير. المنحنى (1) عدد الناقلات العابرة في نطاق التوصيل لـ WS2. المنحنى (2) إشارة مسبار المضخة لنطاق الجرافين π أعلى من الإمكانات الكيميائية للتوازن. المنحنى (3) إشارة مسبار المضخة لنطاق الجرافين π أسفل الإمكانات الكيميائية للتوازن. منحنى (4) صافي إشارة مسبار المضخة في نطاق التكافؤ لـ WS2. تم العثور على فترات عمر تبلغ 1.2 ± 0.1 ps في (1)، و180 ± 20 fs (كسب) و∼ 2 ps (خسارة) في (2)، و1.8 ± 0.2 ps في (3).

في المنحنيات 2 و3 من الشكل 3، نعرض إشارة مسبار المضخة لنطاق الجرافين π. نجد أن كسب الإلكترونات فوق الإمكانات الكيميائية للتوازن (المنحنى 2 في الشكل 3) له عمر أقصر بكثير (180 ± 20 fs) مقارنة بفقد الإلكترونات تحت الإمكانات الكيميائية للتوازن (1.8 ± 0.2 ps في المنحنى 3) الشكل 3). علاوة على ذلك، وجد أن الكسب الأولي للتيار الكهروضوئي في المنحنى 2 من الشكل 3 يتحول إلى خسارة عند t = 400 fs مع عمر ∼ 2 ps. تم العثور على عدم التماثل بين الكسب والخسارة في إشارة مسبار المضخة للجرافين أحادي الطبقة المكشوف (انظر الشكل S5 في المواد التكميلية) ، مما يشير إلى أن عدم التماثل هو نتيجة لاقتران الطبقة البينية في البنية المتغايرة WS2 / الجرافين. تشير ملاحظة الكسب قصير الأمد والخسارة طويلة الأمد أعلى وتحت الإمكانات الكيميائية للتوازن، على التوالي، إلى أنه تتم إزالة الإلكترونات بكفاءة من طبقة الجرافين عند الإثارة الضوئية للبنية المتغايرة. ونتيجة لذلك، تصبح طبقة الجرافين مشحونة بشكل إيجابي، وهو ما يتوافق مع الزيادة في طاقة الربط لنطاق π الموجود في الشكل 2B. يؤدي الانزياح السفلي للنطاق π إلى إزالة ذيل الطاقة العالية لتوزيع Fermi-Dirac المتوازن من أعلى الإمكانات الكيميائية للتوازن، وهو ما يفسر جزئيًا تغير إشارة إشارة مسبار المضخة في المنحنى 2 في الشكل 3. أظهر أدناه أن هذا التأثير يتعزز بشكل أكبر من خلال الفقد العابر للإلكترونات في النطاق π.

يتم دعم هذا السيناريو من خلال إشارة مسبار المضخة الصافية لنطاق التكافؤ WS2 في المنحنى 4 من الشكل 3. وتم الحصول على هذه البيانات من خلال دمج التعدادات على المنطقة التي قدمها الصندوق الأسود في الشكل 1B الذي يلتقط الإلكترونات المنبعثة ضوئيًا من نطاق التكافؤ في جميع حالات تأخير مسبار المضخة. ضمن أشرطة الخطأ التجريبية، لا نجد أي إشارة إلى وجود ثقوب في نطاق التكافؤ لـ WS2 لأي تأخير في مسبار المضخة. يشير هذا إلى أنه، بعد الاستثارة الضوئية، تتم إعادة ملء هذه الثقوب بسرعة على نطاق زمني قصير مقارنة بالدقة الزمنية لدينا.

لتقديم دليل نهائي على فرضيتنا الخاصة بفصل الشحنة فائقة السرعة في البنية المتغايرة WS2/الجرافين، نحدد عدد الثقوب المنقولة إلى طبقة الجرافين كما هو موضح بالتفصيل في المواد التكميلية. باختصار، تم تجهيز التوزيع الإلكتروني العابر للنطاق π بتوزيع Fermi-Dirac. ثم تم حساب عدد الثقوب من القيم الناتجة للإمكانات الكيميائية العابرة ودرجة الحرارة الإلكترونية. تظهر النتيجة في الشكل 4. نجد أنه تم نقل إجمالي عدد ∼ 5 × 10 ثقوب / سم 2 من WS2 إلى الجرافين بعمر أسي يبلغ 1.5 ± 0.2 ps.

تغيير عدد الثقوب في النطاق π كدالة لتأخير مسبار المضخة مع الملاءمة الأسية مما يؤدي إلى عمر يبلغ 1.5 ± 0.2 ps.

من النتائج في التين. من 2 إلى 4، تظهر الصورة المجهرية التالية لنقل الشحنة فائقة السرعة في البنية المتغايرة WS2/الجرافين (الشكل 5). الاستثارة الضوئية للبنية المتغايرة WS2 / الجرافين عند 2 فولت تملأ بشكل كبير الإكسيتون A في WS2 (الشكل 5A). تعتبر الإثارة الإلكترونية الإضافية عبر نقطة Dirac في الجرافين وكذلك بين WS2 ونطاقات الجرافين ممكنة بقوة ولكنها أقل كفاءة إلى حد كبير. تتم إعادة ملء الثقوب المثارة ضوئيًا في نطاق التكافؤ لـ WS2 بواسطة إلكترونات ناشئة عن نطاق الجرافين π على نطاق زمني قصير مقارنة بالدقة الزمنية لدينا (الشكل 5A). يبلغ عمر الإلكترونات المثارة ضوئيًا في نطاق التوصيل لـ WS2 ∼ 1 ps (الشكل 5B). ومع ذلك، يستغرق الأمر ∼ 2 ملاحظة لإعادة ملء الثقوب الموجودة في نطاق الجرافين π (الشكل 5 ب). يشير هذا إلى أنه، بصرف النظر عن نقل الإلكترون المباشر بين نطاق التوصيل WS2 ونطاق الجرافين،، فإن مسارات الاسترخاء الإضافية - ربما عبر حالات الخلل (26) - تحتاج إلى النظر فيها لفهم الديناميكيات الكاملة.

(أ) يقوم الاستثارة الضوئية عند الرنين إلى WS2 A-exciton عند 2 فولت بحقن الإلكترونات في نطاق التوصيل لـ WS2. تتم إعادة ملء الثقوب المقابلة في نطاق التكافؤ لـ WS2 على الفور بواسطة إلكترونات من نطاق الجرافين π. (ب) يبلغ عمر الموجات الحاملة الضوئية في نطاق التوصيل لـ WS2 ∼ 1 ps. تعيش الثقوب الموجودة في نطاق الجرافين π لمدة ps 2 ps، مما يشير إلى أهمية قنوات التشتت الإضافية المشار إليها بواسطة الأسهم المتقطعة. تشير الخطوط المتقطعة السوداء في (A) و (B) إلى تحولات النطاق والتغيرات في الإمكانات الكيميائية. (ج) في الحالة العابرة، تكون طبقة WS2 مشحونة سالبًا بينما تكون طبقة الجرافين مشحونة بشكل إيجابي. بالنسبة للإثارة الانتقائية للدوران مع الضوء المستقطب دائريًا، من المتوقع أن تظهر الإلكترونات المثارة ضوئيًا في WS2 والثقوب المقابلة في الجرافين استقطابًا معاكسًا للدوران.

في الحالة العابرة، تتواجد الإلكترونات المُثارة ضوئيًا في نطاق التوصيل لـ WS2 بينما توجد الثقوب المُثارة ضوئيًا في نطاق π من الجرافين (الشكل 5C). وهذا يعني أن طبقة WS2 مشحونة سالبًا وطبقة الجرافين مشحونة بشكل إيجابي. وهذا يفسر تحولات الذروة العابرة (الشكل 2)، وعدم تناسق إشارة مسبار مضخة الجرافين (المنحنيات 2 و 3 في الشكل 3)، وغياب الثقوب في نطاق التكافؤ لـ WS2 (المنحنى 4 الشكل 3). ، وكذلك الثقوب الإضافية في نطاق الجرافين π (الشكل 4). عمر هذه الحالة المفصولة بالشحن هو ∼ 1 ps (منحنى 1 الشكل 3).

وقد لوحظت حالات عابرة مفصولة بالشحن مماثلة في هياكل فان دير فال ذات الصلة ذات الصلة والمصنوعة من اثنين من أشباه الموصلات ذات الفجوة المباشرة مع محاذاة النطاق من النوع الثاني وفجوة نطاق متداخلة (27-32). بعد الاستثارة الضوئية، وُجد أن الإلكترونات والثقوب تتحرك بسرعة إلى أسفل نطاق التوصيل وإلى أعلى نطاق التكافؤ، على التوالي، والتي تقع في طبقات مختلفة من البنية المتغايرة (27-32).

في حالة البنية المتغايرة WS2/الجرافين، فإن الموقع الأكثر ملاءمة من حيث الطاقة لكل من الإلكترونات والثقوب هو عند مستوى فيرمي في طبقة الجرافين المعدنية. لذلك، يتوقع المرء أن تنتقل الإلكترونات والثقوب بسرعة إلى نطاق الجرافين π. ومع ذلك، تظهر قياساتنا بوضوح أن نقل الثقب (<200 fs) أكثر كفاءة بكثير من نقل الإلكترون (∼ 1 ps). نعزو ذلك إلى المحاذاة النشطة النسبية لـ WS2 ونطاقات الجرافين كما هو موضح في الشكل 1A الذي يوفر عددًا أكبر من الحالات النهائية المتاحة لنقل الثقب مقارنة بنقل الإلكترون كما كان متوقعًا مؤخرًا بواسطة (14، 15). في الحالة الحالية ، بافتراض وجود فجوة نطاق ∼ 2 فولت WS2 ، تقع نقطة الجرافين ديراك والإمكانات الكيميائية للتوازن ∼ 0.5 و ∼ 0.2 فولت فوق منتصف فجوة نطاق WS2 ، على التوالي ، مما يؤدي إلى كسر تناسق ثقب الإلكترون. نجد أن عدد الحالات النهائية المتاحة لنقل الثقب أكبر بـ 6 مرات من نقل الإلكترون (انظر المواد التكميلية)، ولهذا السبب من المتوقع أن يكون نقل الثقب أسرع من نقل الإلكترون.

ومع ذلك، فإن الصورة المجهرية الكاملة لنقل الشحنة غير المتماثلة فائق السرعة المرصودة يجب أن تأخذ في الاعتبار أيضًا التداخل بين المدارات التي تشكل وظيفة موجة A-exciton في WS2 ونطاق الجرافين، على التوالي، وتناثر الإلكترون والإلكترون والفونون المختلفين القنوات بما في ذلك القيود التي يفرضها الحفاظ على الزخم، والطاقة، والدوران، والدوران الكاذب، وتأثير تذبذبات البلازما (33)، بالإضافة إلى دور الإثارة الإزاحية المحتملة لـ تذبذبات فونون متماسكة قد تتوسط في نقل الشحنة (34، 35). أيضًا، يمكن للمرء أن يتكهن بما إذا كانت حالة نقل الشحنة المرصودة تتكون من إكسيتونات نقل الشحنة أو أزواج ثقب الإلكترون الحرة (انظر المواد التكميلية). هناك حاجة إلى مزيد من التحقيقات النظرية التي تتجاوز نطاق هذه الورقة لتوضيح هذه القضايا.

باختصار، استخدمنا tr-ARPES لدراسة نقل شحنة الطبقة البينية فائقة السرعة في بنية متغايرة الفوقي WS2/الجرافين. لقد وجدنا أنه عند الإثارة عند رنين الإكسيتون A لـ WS2 عند 2 فولت، تنتقل الثقوب المثارة ضوئيًا بسرعة إلى طبقة الجرافين بينما تظل الإلكترونات المثارة ضوئيًا في طبقة WS2. لقد أرجعنا ذلك إلى حقيقة أن عدد الحالات النهائية المتاحة لنقل الثقب أكبر من عدد الحالات النهائية لنقل الإلكترون. تم العثور على عمر الحالة العابرة المفصولة بالشحن ليكون ∼ 1 ملاحظة. بالاشتراك مع الإثارة الضوئية الانتقائية للدوران باستخدام الضوء المستقطب دائريًا (22-25) ، قد يكون نقل الشحنة فائق السرعة المرصود مصحوبًا بنقل الدوران. في هذه الحالة، يمكن استخدام البنية المتغايرة WS2/الجرافين التي تم فحصها لحقن الدوران البصري الفعال في الجرافين مما يؤدي إلى أجهزة بصرية إلكترونية جديدة.

تمت زراعة عينات الجرافين على رقائق أشباه الموصلات التجارية 6H-SiC(0001) من شركة SiCrystal GmbH. كانت الرقائق المخدرة N على المحور مع درجة خطأ أقل من 0.5 درجة. كانت الركيزة SiC محفورة بالهيدروجين لإزالة الخدوش والحصول على تراسات مسطحة منتظمة. تم بعد ذلك رسم السطح النظيف والمسطح ذريًا المنتهي بـ Si عن طريق تلدين العينة في جو Ar عند 1300 درجة مئوية لمدة 8 دقائق (36). بهذه الطريقة، حصلنا على طبقة كربون واحدة حيث شكلت كل ذرة كربون ثالثة رابطة تساهمية مع الركيزة SiC (37). تم بعد ذلك تحويل هذه الطبقة إلى جرافين شبه قائم بذاته ومهجن بالكامل sp2 عبر إقحام الهيدروجين (38). ويشار إلى هذه العينات باسم الجرافين/H-SiC(0001). تم تنفيذ العملية برمتها في غرفة نمو Black Magic التجارية من Aixtron. تم تنفيذ نمو WS2 في مفاعل قياسي ذو جدار ساخن عن طريق ترسيب البخار الكيميائي منخفض الضغط (39، 40) باستخدام مساحيق WO3 وS مع نسبة كتلة تبلغ 1:100 كسلائف. تم حفظ مساحيق WO3 وS عند 900 و200 درجة مئوية على التوالي. تم وضع مسحوق WO3 بالقرب من الركيزة. تم استخدام الأرجون كغاز حامل بتدفق 8 سم مكعب. تم الحفاظ على الضغط في المفاعل عند 0.5 ملي بار. شخصت العينات باستخدام المجهر الإلكتروني الثانوي، ومجهر القوة الذرية، ومطياف رامان، ومطياف التألق الضوئي، وكذلك حيود الإلكترون منخفض الطاقة. كشفت هذه القياسات عن مجالين مختلفين أحاديي البلورة WS2 حيث يتم محاذاة اتجاه ΓK أو ΓK' مع اتجاه ΓK لطبقة الجرافين. تراوحت أطوال جانب المجال بين 300 و700 نانومتر، وتم تقريب إجمالي تغطية WS2 إلى ∼ 40%، وهو مناسب لتحليل ARPES.

تم إجراء تجارب ARPES الثابتة باستخدام محلل نصف كروي (SPECS PHOIBOS 150) باستخدام نظام كاشف جهاز مقترن بالشحن للكشف ثنائي الأبعاد عن طاقة الإلكترون والزخم. تم استخدام إشعاع He Iα غير المستقطب وأحادي اللون (21.2 فولت) لمصدر تفريغ He عالي التدفق (VG Scienta VUV5000) في جميع تجارب الانبعاث الضوئي. كانت الطاقة والدقة الزاوية في تجاربنا أفضل من 30 ميغا فولت و0.3 درجة (الموافق 0.01 Å−1)، على التوالي. أجريت جميع التجارب في درجة حرارة الغرفة. ARPES هي تقنية حساسة للغاية للسطح. لإخراج الإلكترونات الضوئية من كل من طبقة WS2 وطبقة الجرافين، تم استخدام عينات ذات تغطية WS2 غير كاملة بنسبة ∼ 40٪.

يعتمد إعداد tr-ARPES على مضخم صوت من التيتانيوم: الياقوت بتردد 1 كيلو هرتز (Coherent Legend Elite Duo). تم استخدام 2 مللي جول من طاقة الخرج لتوليد التوافقيات العالية في الأرجون. مر الضوء فوق البنفسجي الشديد الناتج عبر جهاز أحادي اللون ينتج نبضات مسبار 100 fs عند طاقة فوتون 26 فولت. تم إرسال 8 مللي جول من طاقة خرج مكبر الصوت إلى مضخم حدودي بصري (HE-TOPAS من تحويل الضوء). تمت مضاعفة تردد شعاع الإشارة عند طاقة الفوتون 1 فولت في بلورة بورات الباريوم بيتا للحصول على نبضات المضخة 2 فولت. تم إجراء قياسات tr-ARPES باستخدام محلل نصف كروي (SPECS PHOIBOS 100). وكانت الطاقة الإجمالية والقرار الزمني 240 ميغا فولت و 200 خ على التوالي.

المواد التكميلية لهذه المقالة متاحة على http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/20/eaay0761/DC1

هذه مقالة ذات وصول مفتوح يتم توزيعها بموجب شروط ترخيص Creative Commons Attribution-NonCommercial، الذي يسمح بالاستخدام والتوزيع وإعادة الإنتاج في أي وسيط، طالما أن الاستخدام الناتج ليس من أجل ميزة تجارية وبشرط أن يكون العمل الأصلي سليمًا. استشهد.

ملاحظة: نحن نطلب عنوان بريدك الإلكتروني فقط حتى يعرف الشخص الذي توصي الصفحة له أنك تريد أن يراها، وأنها ليست بريدًا غير هام. نحن لا نلتقط أي عنوان بريد إلكتروني.

هذا السؤال مخصص لاختبار ما إذا كنت زائرًا بشريًا أم لا ولمنع عمليات الإرسال التلقائية للبريد العشوائي.

بقلم سفين أيشليمان، أنطونيو روسي، ماريانا شافيز سرفانتس، رازفان كراوس، بينيتو أرنولدي، بنيامين ستادمولر، مارتن أيشليمان، ستيفن فورتي، فيليبو فابري، كاميلا كوليتي، إيزابيلا جيرز

نكشف عن فصل الشحن فائق السرعة في بنية متغايرة WS2 / الجرافين مما قد يتيح حقن الدوران البصري في الجرافين.

بقلم سفين أيشليمان، أنطونيو روسي، ماريانا شافيز سرفانتس، رازفان كراوس، بينيتو أرنولدي، بنيامين ستادمولر، مارتن أيشليمان، ستيفن فورتي، فيليبو فابري، كاميلا كوليتي، إيزابيلا جيرز

نكشف عن فصل الشحن فائق السرعة في بنية متغايرة WS2 / الجرافين مما قد يتيح حقن الدوران البصري في الجرافين.

© 2020 الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم. جميع الحقوق محفوظة. AAAS هي شريك لـ HINARI، وAGORA، وOARE، وCHORUS، وCLOCKSS، وCrossRef، وCOUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.