Aħna nużaw spettroskopija fotoemissjoni riżolta fil-ħin u fl-angolu (tr-ARPES) biex ninvestigaw it-trasferiment ta 'ċarġ ultraveloċi f'eterostruttura epitassjali magħmula minn monosaff WS2 u graphene. Din l-eterostruttura tgħaqqad il-benefiċċji ta 'semikonduttur b'distakk dirett b'akkoppjar qawwi ta' spin-orbit u interazzjoni qawwija ta 'materja ħafifa ma' dawk ta 'semimetall li jospita trasportaturi bla massa b'mobilità estremament għolja u ħajja twila ta' spin. Insibu li, wara fotoeċċitazzjoni b'reżonanza għall-A-exciton f'WS2, it-toqob fotoeċċitati jittrasferixxu malajr fis-saff tal-grafene filwaqt li l-elettroni fotoeċċitati jibqgħu fis-saff WS2. L-istat temporanju riżultanti separat mill-ħlas jinstab li għandu ħajja ta '~1 ps. Aħna nattribwixxu s-sejbiet tagħna għal differenzi fl-ispazju tal-fażi tat-tifrix ikkawżati mill-allinjament relattiv tal-meded WS2 u graphene kif żvelat minn ARPES b'riżoluzzjoni għolja. Flimkien ma 'eċitazzjoni ottika selettiva ta' spin, l-eterostruttura investigata WS2/graphene tista 'tipprovdi pjattaforma għal injezzjoni effiċjenti ta' spin ottiku fil-grafene.
Id-disponibbiltà ta 'ħafna materjali bidimensjonali differenti fetħet il-possibbiltà li jinħolqu eterostrutturi ġodda fl-aħħar mill-aħħar irqaq b'funzjonalitajiet kompletament ġodda bbażati fuq screening dielettriku mfassal apposta u diversi effetti indotti mill-prossimità (1-3). Ġew realizzati apparati tal-prova tal-prinċipju għal applikazzjonijiet futuri fil-qasam tal-elettronika u l-optoelettronika (4-6).
Hawnhekk, aħna niffukaw fuq eterostrutturi epitassjali ta 'van der Waals li jikkonsistu f'monosaff WS2, semikonduttur b'distakk dirett b'akkoppjar qawwi ta' spin-orbita u qsim ta 'spin mdaqqsa tal-istruttura tal-faxxa minħabba simetrija tal-inverżjoni miksura (7), u grafen monosaff, semimetall. bi struttura ta' faxxa konika u mobbiltà ta' trasportatur estremament għolja (8), imkabbra fuq SiC(0001) terminat bl-idroġenu. L-ewwel indikazzjonijiet għal trasferiment ta 'ċarġ ultraveloċi (9-15) u effetti ta' akkoppjar spin-orbit indotti mill-prossimità (16-18) jagħmlu WS2/graphene u eterostrutturi simili kandidati promettenti għal applikazzjonijiet futuri optoelettroniċi (19) u optospintronic (20).
Ħdejna li niżvelaw il-mogħdijiet ta 'rilassament ta' pari ta 'toqba ta' elettroni fotoġenerati f'WS2 / graphene bi spettroskopija ta 'fotoemissjoni ta' żmien u angolu (tr-ARPES). Għal dak il-għan, aħna eċitati l-eterostruttura b'polz ta 'pompa ta' 2-eV reżonanti għall-A-exciton f'WS2 (21, 12) u neftu fotoelettroni bit-tieni polz ta 'sonda mdewwem b'enerġija ta' 26-eV. Aħna niddeterminaw l-enerġija kinetika u l-angolu ta 'emissjoni tal-fotoelettroni b'analizzatur emisferiku bħala funzjoni ta' dewmien tal-pompa-sonda biex tikseb aċċess għad-dinamika tal-trasportatur tal-momentum, l-enerġija u l-ħin solvuti. Ir-riżoluzzjoni tal-enerġija u tal-ħin hija 240 meV u 200 fs, rispettivament.
Ir-riżultati tagħna jipprovdu evidenza diretta għal trasferiment ta 'ċarġ ultraveloċi bejn is-saffi allinjati b'mod epitassjali, li jikkonfermaw l-ewwel indikazzjonijiet ibbażati fuq tekniki kollha ottiċi f'eterostrutturi simili immuntati manwalment b'allinjament ażimutali arbitrarju tas-saffi (9-15). Barra minn hekk, nuru li dan it-trasferiment tal-ħlas huwa asimmetriku ħafna. Il-kejl tagħna jiżvela stat temporanju separat minn ħlas li qabel ma kienx osservat b'elettroni fotoeċċitati u toqob li jinsabu fis-saff WS2 u graphene, rispettivament, li jgħix għal ~ 1 ps. Aħna ninterpretaw is-sejbiet tagħna f'termini ta 'differenzi fl-ispazju tal-fażi tat-tifrix għat-trasferiment tal-elettroni u t-toqob ikkawżat mill-allinjament relattiv tal-meded tal-WS2 u tal-graffen kif żvelat minn ARPES b'riżoluzzjoni għolja. Flimkien ma 'eċitazzjoni ottika selettiva ta' spin u wied (22-25) WS2 / eterostrutturi graphene jistgħu jipprovdu pjattaforma ġdida għal injezzjoni effiċjenti ta 'spin ottiku ultraveloċi fil-grafene.
Il-Figura 1A turi kejl ARPES b'riżoluzzjoni għolja miksub b'lampa tal-elju tal-istruttura tal-faxxa tul id-direzzjoni ΓK tal-eterostruttura epitassjali WS2/graphene. Il-kon Dirac jinstab li huwa doped bit-toqba bil-punt Dirac jinsab ~ 0.3 eV 'il fuq mill-potenzjal kimiku ta' ekwilibriju. Il-parti ta 'fuq tal-medda ta' valenza ta 'spin-split WS2 jinstab li huwa ~ 1.2 eV taħt il-potenzjal kimiku ta' ekwilibriju.
(A) Fotokurrent ta 'ekwilibriju mkejjel tul id-direzzjoni ΓK b'lampa tal-elju mhux polarizzata. (B) Fotokurrent għal dewmien negattiv tal-pompa-sonda mkejjel b'impulsi ultravjola estremi p-polarizzati f'enerġija foton ta '26-eV. Il-linji griżi u ħomor b'sing jimmarkaw il-pożizzjoni tal-profili tal-linja użati biex jiġu estratti l-pożizzjonijiet tal-quċċata temporanji f'Fig. 2. (C) Bidliet indotti mill-pompa tal-fotokurrent 200 fs wara fotoeċċitazzjoni f'enerġija tal-foton tal-pompa ta' 2 eV b'fluwenza tal-pompa ta' 2 mJ/cm2. Il-qligħ u t-telf tal-fotoelettroni huma murija bl-aħmar u bl-ikħal, rispettivament. Il-kaxxi jindikaw iż-żona ta 'integrazzjoni għat-traċċi tal-pompa-sonda murija fil-Fig. 3.
Il-Figura 1B turi snapshot tr-ARPES tal-istruttura tal-medda qrib il-punti K WS2 u graphene imkejla b'impulsi ultravjola estremi ta '100-fs f'enerġija foton ta' 26-eV f'dewmien negattiv tal-pompa-sonda qabel il-wasla tal-polz tal-pompa. Hawnhekk, il-qsim tal-ispin ma jiġix solvut minħabba d-degradazzjoni tal-kampjun u l-preżenza tal-polz tal-pompa ta '2-eV li tikkawża twessigħ tal-ħlas spazjali tal-karatteristiċi spettrali. Figura 1C turi l-bidliet indotti mill-pompa tal-fotokurrent fir-rigward tal-Fig. 1B f'dewmien tal-pompa-sonda ta '200 fs fejn is-sinjal tal-pompa-sonda jilħaq il-massimu tiegħu. Kuluri ħomor u blu jindikaw qligħ u telf ta 'fotoelettroni, rispettivament.
Biex tanalizza din id-dinamika rikka f'aktar dettall, l-ewwel niddeterminaw il-pożizzjonijiet tal-quċċata temporanji tal-faxxa ta 'valenza WS2 u l-faxxa π tal-grafene tul il-linji mdawwar f'Fig. 1B kif spjegat fid-dettall fil-Materjali Supplimentari. Insibu li l-faxxa ta 'valenza WS2 tiċċaqlaq 'il fuq b'90 meV (Fig. 2A) u l-faxxa π tal-grafene tinżel b'50 meV (Fig. 2B). Il-ħajja esponenzjali ta 'dawn iċ-ċaqliq jinstab li hija 1.2 ± 0.1 ps għall-faxxa ta' valenza ta 'WS2 u 1.7 ± 0.3 ps għall-faxxa π tal-grafene. Dawn iċ-ċaqliq massimu jipprovdu l-ewwel evidenza ta 'iċċarġjar temporanju taż-żewġ saffi, fejn ħlas addizzjonali pożittiv (negattiv) iżid (inaqqas) l-enerġija vinkolanti tal-istati elettroniċi. Innota li l-upshift tal-medda ta 'valenza WS2 hija responsabbli għas-sinjal prominenti tal-pompa-sonda fiż-żona mmarkata mill-kaxxa s-sewda f'Fig. 1C.
Bidla fil-pożizzjoni tal-quċċata tal-medda ta 'valenza WS2 (A) u l-faxxa π tal-grafene (B) bħala funzjoni tad-dewmien tal-pompa-sonda flimkien ma' aċċessjonijiet esponenzjali (linji ħoxna). Il-ħajja tal-bidla WS2 f'(A) hija 1.2 ± 0.1 ps. Il-ħajja taċ-ċaqliq tal-grafene f'(B) hija 1.7 ± 0.3 ps.
Sussegwentement, nintegraw is-sinjal tal-pompa-sonda fuq iż-żoni indikati mill-kaxxi kkuluriti f'Fig. 1C u nippjanaw l-għadd li jirriżulta bħala funzjoni tad-dewmien tal-pompa-sonda f'Fig. 3. Kurva 1 f'Fig. 3 turi d-dinamika tal- trasportaturi fotoeċċitati qrib il-qiegħ tal-faxxa tal-konduzzjoni tas-saff WS2 b'ħajja ta' 1.1 ± 0.1 ps miksuba minn esponenzjali tajbin għad-dejta (ara l-Materjali Supplimentari).
Traċċi tal-pompa-sonda bħala funzjoni tad-dewmien miksuba bl-integrazzjoni tal-fotokurrent fuq iż-żona indikata mill-kaxxi f'Fig. 1C. Il-linji ħoxnin huma aċċessjonijiet esponenzjali mad-dejta. Kurva (1) Popolazzjoni ta' trasportatur temporanju fil-faxxa ta' konduzzjoni ta' WS2. Kurva (2) Sinjal tal-pompa-sonda tal-medda π tal-grafina 'l fuq mill-potenzjal kimiku tal-ekwilibriju. Kurva (3) Sinjal tal-pompa-sonda tal-medda π tal-grafene taħt il-potenzjal kimiku tal-ekwilibriju. Kurva (4) Sinjal nett tal-pompa-sonda fil-faxxa ta' valenza ta' WS2. Il-ħajjiet jinstabu li huma 1.2 ± 0.1 ps f'(1), 180 ± 20 fs (gwadann) u ~ 2 ps (telf) f'(2), u 1.8 ± 0.2 ps f'(3).
Fil-kurvi 2 u 3 ta' Fig. 3, aħna nuru s-sinjal tal-pompa-sonda tal-faxxa π tal-grafene. Insibu li l-qligħ ta 'elettroni 'l fuq mill-potenzjal kimiku ta' ekwilibriju (kurva 2 f'Fig. 3) għandu ħajja ħafna iqsar (180 ± 20 fs) meta mqabbel mat-telf ta 'elettroni taħt il-potenzjal kimiku ta' ekwilibriju (1.8 ± 0.2 ps fil-kurva 3). Fig. 3). Barra minn hekk, il-qligħ inizjali tal-fotokurrent fil-kurva 2 ta 'Fig. 3 jinstab li jinbidel f'telf f't = 400 fs b'ħajja ta' ~ 2 ps. L-assimetrija bejn il-qligħ u t-telf tinstab li hija nieqsa fis-sinjal tal-pompa-sonda tal-grafene monosaff mikxuf (ara fig. S5 fil-Materjali Supplimentari), li jindika li l-asimetrija hija konsegwenza tal-akkoppjar bejn is-saffi fl-eterostruttura WS2/graphene. L-osservazzjoni ta 'gwadann ta' ħajja qasira u telf ta 'ħajja twila 'l fuq u taħt il-potenzjal kimiku ta' ekwilibriju, rispettivament, tindika li l-elettroni jitneħħew b'mod effiċjenti mis-saff tal-grafene mal-fotoeċċitazzjoni tal-eterostruttura. Bħala riżultat, is-saff tal-grafen isir iċċarġjat b'mod pożittiv, li huwa konsistenti maż-żieda fl-enerġija li torbot tal-medda π misjuba f'Fig. 2B. It-tnaqqis tal-medda π tneħħi d-denb ta 'enerġija għolja tad-distribuzzjoni ta' Fermi-Dirac ekwilibriju minn fuq il-potenzjal kimiku ta 'ekwilibriju, li jispjega parzjalment il-bidla tas-sinjal tas-sinjal tal-pompa-sonda fil-kurva 2 ta' Fig. 3. Aħna se uri hawn taħt li dan l-effett huwa msaħħaħ aktar bit-telf temporanju ta 'elettroni fil-medda π.
Dan ix-xenarju huwa sostnut mis-sinjal nett tal-pompa-sonda tal-medda ta' valenza WS2 fil-kurva 4 ta' Fig. 3. Din id-dejta nkisbet bl-integrazzjoni tal-għadd fuq iż-żona mogħtija mill-kaxxa s-sewda f'Fig. 1B li taqbad l-elettroni fotoemessi minn il-medda ta' valenza fid-dewmien kollu tal-pompa-sonda. Fi ħdan il-vireg tal-iżball sperimentali, ma nsibu l-ebda indikazzjoni għall-preżenza ta 'toqob fil-medda ta' valenza ta 'WS2 għal kwalunkwe dewmien tal-pompa-sonda. Dan jindika li, wara l-fotoeċċitazzjoni, dawn it-toqob jerġgħu jimtlew malajr fuq skala ta 'żmien qasira meta mqabbla mar-riżoluzzjoni temporali tagħna.
Biex nipprovdu prova finali għall-ipoteżi tagħna ta 'separazzjoni ta' ċarġ ultraveloċi fl-eterostruttura WS2/graphene, aħna niddeterminaw in-numru ta 'toqob trasferiti għas-saff tal-grafene kif deskritt fid-dettall fil-Materjali Supplimentari. Fil-qosor, id-distribuzzjoni elettronika temporanja tal-medda π kienet mgħammra b'distribuzzjoni Fermi-Dirac. In-numru ta 'toqob imbagħad ġie kkalkulat mill-valuri li jirriżultaw għall-potenzjal kimiku temporanju u t-temperatura elettronika. Ir-riżultat huwa muri fil-Fig. 4. Insibu li numru totali ta '∼5 × 1012 toqob/cm2 huma trasferiti minn WS2 għal graphene b'ħajja esponenzjali ta' 1.5 ± 0.2 ps.
Bidla tan-numru ta 'toqob fil-medda π bħala funzjoni ta' dewmien pompa-sonda flimkien ma 'twaħħil esponenzjali li jagħti ħajja ta' 1.5 ± 0.2 ps.
Mis-sejbiet fil-Fig. 2 sa 4, toħroġ l-istampa mikroskopika li ġejja għat-trasferiment ta 'ċarġ ultraveloċi fl-eterostruttura WS2/graphene (Fig. 5). Fotoeċċitazzjoni tal-eterostruttura WS2/graphene f'2 eV timla b'mod dominanti l-A-exciton f'WS2 (Fig. 5A). Eċitazzjonijiet elettroniċi addizzjonali madwar il-punt Dirac fil-grafen kif ukoll bejn il-meded WS2 u tal-grafin huma enerġetikament possibbli iżda konsiderevolment inqas effiċjenti. Il-toqob photoexcited fil-faxxa ta 'valenza ta' WS2 huma mimlija mill-ġdid mill-elettroni li joriġinaw mill-grafene π-band fuq skala ta 'żmien qasir meta mqabbla ma' riżoluzzjoni temporali tagħna (Fig. 5A). L-elettroni fotoeċċitati fil-faxxa tal-konduzzjoni ta 'WS2 għandhom ħajja ta' ~ 1 ps (Fig. 5B). Madankollu, tieħu ~ 2 ps biex terġa 'timla t-toqob fil-faxxa π tal-grafene (Fig. 5B). Dan jindika li, apparti mit-trasferiment dirett ta 'elettroni bejn il-medda ta' konduzzjoni WS2 u l-faxxa π tal-grafene, mogħdijiet ta 'rilassament addizzjonali—possibbilment permezz ta' stati ta 'difett (26)—jeħtieġ li jiġu kkunsidrati biex jifhmu d-dinamika sħiħa.
(A) Fotoeċċitazzjoni b'reżonanza għall-WS2 A-exciton f'2 eV tinjetta elettroni fil-faxxa ta 'konduzzjoni ta' WS2. It-toqob korrispondenti fil-faxxa ta 'valenza ta' WS2 jimtlew mill-ġdid mill-ġdid mill-elettroni mill-faxxa π tal-grafene. (B) It-trasportaturi fotoeċċitati fil-faxxa tal-konduzzjoni ta 'WS2 għandhom ħajja ta' ~ 1 ps. It-toqob fil-faxxa π tal-grafene jgħixu għal ~ 2 ps, li jindikaw l-importanza ta 'kanali ta' tifrix addizzjonali indikati minn vleġeġ imdawwar. Linji suwed b'sing f'(A) u (B) jindikaw tibdil fil-faxxa u bidliet fil-potenzjal kimiku. (C) Fl-istat temporanju, is-saff WS2 huwa ċċarġjat b'mod negattiv filwaqt li s-saff tal-grafene huwa ċċarġjat b'mod pożittiv. Għal eċċitazzjoni selettiva ta 'spin b'dawl polarizzat ċirkolarment, l-elettroni fotoeċċitati f'WS2 u t-toqob korrispondenti fil-grafene huma mistennija li juru polarizzazzjoni ta' spin opposta.
Fl-istat temporanju, l-elettroni fotoeċċitati jirrisjedu fil-faxxa ta 'konduzzjoni ta' WS2 filwaqt li t-toqob fotoeċċitati jinsabu fil-medda π tal-grafene (Fig. 5C). Dan ifisser li s-saff WS2 huwa ċċarġjat b'mod negattiv u s-saff tal-grafene huwa ċċarġjat b'mod pożittiv. Dan jgħodd għaċ-ċaqliq tal-quċċata temporanju (Fig. 2), l-assimetrija tas-sinjal tal-pompa-sonda tal-graffen (kurvi 2 u 3 ta 'Fig. 3), in-nuqqas ta' toqob fil-faxxa ta 'valenza ta' WS2 (kurva 4 Fig. 3) , kif ukoll it-toqob addizzjonali fil-faxxa π tal-grafene (Fig. 4). Il-ħajja ta 'dan l-istat separat mill-ħlas hija ~ 1 ps (kurva 1 Fig. 3).
Stati temporanji sseparati bil-ħlas simili ġew osservati fl-eterostrutturi relatati ta 'van der Waals magħmula minn żewġ semikondutturi b'distakk dirett b'allinjament tal-medda tat-tip II u bandgap imqassam (27-32). Wara l-fotoeċċitazzjoni, l-elettroni u t-toqob instabu li jimxu malajr lejn il-qiegħ tal-faxxa tal-konduzzjoni u l-parti ta 'fuq tal-faxxa ta' valenza, rispettivament, li jinsabu f'saffi differenti tal-eterostruttura (27-32).
Fil-każ tal-eterostruttura WS2/graphene tagħna, il-post enerġetikament l-aktar favorevoli kemm għall-elettroni kif ukoll għat-toqob huwa fil-livell Fermi fis-saff tal-grafene metalliku. Għalhekk, wieħed jistenna li kemm l-elettroni kif ukoll it-toqob jittrasferixxu malajr għall-faxxa π tal-grafene. Madankollu, il-kejl tagħna juri biċ-ċar li t-trasferiment tat-toqba (<200 fs) huwa ħafna aktar effiċjenti mit-trasferiment tal-elettroni (~1 ps). Aħna nattribwixxu dan għall-allinjament enerġetiku relattiv tal-WS2 u l-meded tal-grafene kif żvelat f'Fig. 1A li joffri numru akbar ta 'stati finali disponibbli għat-trasferiment ta' toqba meta mqabbel mat-trasferiment tal-elettroni kif antiċipat reċentement minn (14, 15). Fil-każ preżenti, jekk wieħed jassumi bandgap ta '~2 eV WS2, il-punt Dirac tal-grafene u l-potenzjal kimiku ta' ekwilibriju jinsabu ~ 0.5 u ~ 0.2 eV 'l fuq min-nofs tal-bandgap WS2, rispettivament, li jiksru s-simetrija tat-toqba tal-elettron. Insibu li n-numru ta 'stati finali disponibbli għat-trasferiment tat-toqba huwa ~6 darbiet akbar milli għat-trasferiment tal-elettroni (ara l-Materjali Supplimentari), u huwa għalhekk li t-trasferiment tat-toqba huwa mistenni li jkun aktar mgħaġġel mit-trasferiment tal-elettroni.
Stampa mikroskopika kompluta tat-trasferiment ta 'ċarġ asimmetriku ultraveloċi osservat għandha, madankollu, tikkunsidra wkoll il-koinċidenza bejn l-orbitali li jikkostitwixxu l-funzjoni tal-mewġ A-exciton f'WS2 u l-faxxa π tal-grafene, rispettivament, tixrid differenti ta' elettron-elettron u elettron-fonon kanali inklużi r-restrizzjonijiet imposti mill-momentum, l-enerġija, l-ispin, u l-konservazzjoni tal-psewdospin, l-influwenza tal-oxxillazzjonijiet tal-plażma (33), kif ukoll ir-rwol ta 'eċitazzjoni displacive possibbli ta' oxxillazzjonijiet phonon koerenti li jistgħu jimmedjaw it-trasferiment ta 'ċarġ (34, 35). Ukoll, wieħed jista 'jispekula jekk l-istat ta' trasferiment ta 'ċarġ osservat jikkonsistix f'eċitons ta' trasferiment ta 'ċarġ jew pari ta' elettron-toqba ħielsa (ara l-Materjali Supplimentari). Investigazzjonijiet teoretiċi ulterjuri li jmorru lil hinn mill-ambitu tad-dokument preżenti huma meħtieġa biex jiċċaraw dawn il-kwistjonijiet.
Fil-qosor, użajna tr-ARPES biex nistudjaw it-trasferiment ta 'ċarġ ta' bejn is-saffi ultraveloċi f'eterostruttura epitassjali WS2/graphene. Sibna li, meta eċċitati b'reżonanza għall-A-exciton ta 'WS2 f'2 eV, it-toqob fotoeċċitati jittrasferixxu malajr fis-saff tal-grafene filwaqt li l-elettroni fotoeċċitati jibqgħu fis-saff WS2. Attribwejna dan għall-fatt li n-numru ta 'stati finali disponibbli għat-trasferiment tat-toqob huwa akbar milli għat-trasferiment tal-elettroni. Il-ħajja tal-istat temporanju separat mill-ħlas instab li kien ~ 1 ps. Flimkien ma 'eċitazzjoni ottika selettiva spin bl-użu ta' dawl polarizzat b'mod ċirkolari (22-25), it-trasferiment ta 'ċarġ ultraveloċi osservat jista' jkun akkumpanjat minn trasferiment spin. F'dan il-każ, l-eterostruttura investigata WS2/graphene tista 'tintuża għal injezzjoni effiċjenti ta' spin ottiku fil-grafene li tirriżulta f'apparati optospintronic ġodda.
Il-kampjuni tal-graffen tkabbru fuq wejfers semikonduttivi kummerċjali 6H-SiC(0001) minn SiCrystal GmbH. Il-wejfers N-doped kienu fuq l-assi b'qtugħ ħażin taħt 0.5°. Is-sottostrat tas-SiC kien inċiż bl-idroġenu biex jitneħħa l-grif u jinkisbu terrazzi ċatti regolari. Il-wiċċ nadif u atomikament ċatt mitmum tas-Si mbagħad ġie grafitizzat billi ittemprat il-kampjun f'atmosfera Ar f'1300 ° C għal 8 min (36). B'dan il-mod, ksibna saff wieħed tal-karbonju fejn kull terz atomu tal-karbonju fforma rabta kovalenti mas-sottostrat tas-SiC (37). Dan is-saff imbagħad inbidel fi graphene kompletament ibridizzat kważi free-standing hole-doped permezz ta 'interkalazzjoni ta' idroġenu (38). Dawn il-kampjuni jissejħu graphene/H-SiC(0001). Il-proċess kollu sar f'kamra kummerċjali ta 'tkabbir Black Magic minn Aixtron. It-tkabbir WS2 sar f'reattur ta 'ħajt sħun standard permezz ta' depożizzjoni ta 'fwar kimiku bi pressjoni baxxa (39, 40) bl-użu ta' trab WO3 u S bi proporzjon tal-massa ta '1:100 bħala prekursuri. It-trabijiet WO3 u S inżammu f'900 u 200 ° C, rispettivament. It-trab WO3 tpoġġa qrib is-sottostrat. L-argon intuża bħala gass trasportatur bi fluss ta '8 sccm. Il-pressjoni fir-reattur inżammet f'0.5 mbar. Il-kampjuni kienu kkaratterizzati b'mikroskopija elettronika sekondarja, mikroskopija ta 'forza atomika, Raman, u spettroskopija ta' fotoluminixxenza, kif ukoll diffrazzjoni ta 'elettroni b'enerġija baxxa. Dan il-kejl żvela żewġ oqsma differenti ta 'kristallin wieħed WS2 fejn jew id-direzzjoni ΓK- jew id-direzzjoni ΓK' hija allinjata mad-direzzjoni ΓK tas-saff tal-grafene. It-tulijiet tal-ġenb tad-dominju varjaw bejn 300 u 700 nm, u l-kopertura totali tal-WS2 kienet approssimattiva għal ~ 40%, adattat għall-analiżi ARPES.
L-esperimenti ARPES statiċi twettqu b'analizzatur emisferiku (SPECS PHOIBOS 150) bl-użu ta 'sistema ta' apparat-detector akkoppjat ma 'ċarġ għal sejbien bidimensjonali tal-enerġija tal-elettroni u l-momentum. Ir-radjazzjoni He Iα monokromatika u mhux polarizzata (21.2 eV) ta 'sors ta' skariku He ta 'fluss għoli (VG Scienta VUV5000) intużat għall-esperimenti kollha ta' fotoemissjoni. L-enerġija u r-riżoluzzjoni angolari fl-esperimenti tagħna kienu aħjar minn 30 meV u 0.3 ° (li jikkorrispondu għal 0.01 Å−1), rispettivament. L-esperimenti kollha saru f'temperatura tal-kamra. ARPES hija teknika estremament sensittiva għall-wiċċ. Biex tkeċċi fotoelettroni kemm mis-saff WS2 kif ukoll mis-saff tal-grafene, intużaw kampjuni b'kopertura WS2 mhux kompluta ta '~40%.
Is-setup tr-ARPES kienet ibbażata fuq amplifikatur Titanium:Sapphire 1-kHz (Coerent Legend Elite Duo). 2 mJ ta 'qawwa tal-ħruġ intużaw għall-ġenerazzjoni ta' armoniċi għolja fl-argon. Id-dawl ultravjola estrem li jirriżulta għadda minn monokromatur tal-ħakk li jipproduċi impulsi ta 'sonda ta' 100-fs f'enerġija foton ta '26-eV. 8mJ ta 'qawwa tal-ħruġ tal-amplifikatur intbagħtet f'amplifikatur parametriku ottiku (HE-TOPAS minn Light Conversion). Ir-raġġ tas-sinjal f'enerġija tal-fotoni ta '1-eV ġie rduppjat bil-frekwenza fi kristall tal-borat tal-barju beta biex jinkisbu l-impulsi tal-pompa ta' 2-eV. Il-kejl tr-ARPES twettaq b'analizzatur emisferiku (SPECS PHOIBOS 100). L-enerġija ġenerali u r-riżoluzzjoni temporali kienet 240 meV u 200 fs, rispettivament.
Materjal supplimentari għal dan l-artikolu huwa disponibbli fuq http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/20/eaay0761/DC1
Dan huwa artikolu b'aċċess miftuħ imqassam taħt it-termini tal-liċenzja Creative Commons Attribution-NonCommercial, li tippermetti l-użu, id-distribuzzjoni u r-riproduzzjoni fi kwalunkwe mezz, sakemm l-użu li jirriżulta ma jkunx għal vantaġġ kummerċjali u sakemm ix-xogħol oriġinali jkun kif suppost. iċċitata.
NOTA: Nitolbu biss l-indirizz tal-email tiegħek sabiex il-persuna li qed tirrakkomanda l-paġna tkun taf li ridt li taraha, u li mhix posta junk. Aħna ma naqbdu l-ebda indirizz elettroniku.
Din il-mistoqsija hija biex jiġi ttestjat jekk intix viżitatur uman jew le u biex tipprevjeni sottomissjonijiet awtomatizzati ta' spam.
Minn Sven Aeschlimann, Antonio Rossi, Mariana Chávez-Cervantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmüller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz
Aħna niżvelaw separazzjoni ta 'ċarġ ultraveloċi f'eterostruttura WS2/graphene li possibbilment tippermetti injezzjoni spin ottika fil-grafene.
Minn Sven Aeschlimann, Antonio Rossi, Mariana Chávez-Cervantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmüller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz
Aħna niżvelaw separazzjoni ta 'ċarġ ultraveloċi f'eterostruttura WS2/graphene li possibbilment tippermetti injezzjoni spin ottika fil-grafene.
© 2020 Assoċjazzjoni Amerikana għall-Avvanz tax-Xjenza. Id-drittijiet kollha riżervati. AAAS hija sieħba ta' HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef u COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.
Ħin tal-post: Mejju-25-2020