بىز ۋاقىت ۋە بۇلۇڭلۇق ھەل قىلىنغان فوتوئاكتىپ نۇر سپېكتروسكوپى (tr-ARPES) ئارقىلىق مونوپول WS2 ۋە گرافېندىن ياسالغان يەر تەۋرەشتە ئۇلترا بىنەپشە نۇرنىڭ يۆتكىلىشىنى تەكشۈردۇق. بۇ خىل قۇرۇلما قۇرۇلمىسى بىۋاسىتە ئارىلىق يېرىم ئۆتكۈزگۈچنىڭ كۈچلۈك ئايلىنىش ئوربىتىسىنى تۇتاشتۇرۇش ۋە كۈچلۈك نۇر ماددىسىنىڭ ئۆز-ئارا تەسىر كۆرسىتىشىنى بىرلەشتۈرگەن بولۇپ ، يۆتكىلىشچانلىقى ئىنتايىن يۇقىرى ، ئايلىنىش ۋاقتى ئۇزۇن. بىز شۇنى بايقىدۇقكى ، WS2 دىكى A ھاياجانلىنىشقا رېزونانسلانغاندىن كېيىن ، سۈرەتكە ئېلىنغان تۆشۈكلەر تېزلىكتە گرافېن قەۋىتىگە يۆتكىلىدۇ ، رەسىمگە ئېلىنغان ئېلېكترونلار WS2 قەۋىتىدە قالىدۇ. نەتىجىدە توك قاچىلانغان ئۆتكۈنچى ھالەتنىڭ بىر ئۆمۈر ∼1 ps ئىكەنلىكى بايقالغان. بىز بايقاشلىرىمىزنى يۇقىرى ئېنىقلىقتىكى ARPES ئاشكارىلىغان WS2 ۋە گرافېن بەلۋاغنىڭ نىسپىي ماسلىشىشىدىن كېلىپ چىققان چېچىلىش باسقۇچىدىكى ئوخشىماسلىققا باغلايمىز. ئايلانما تاللانغان ئوپتىكىلىق ھاياجانغا بىرلەشتۈرۈپ ، تەكشۈرۈلگەن WS2 / گرافېن گېرو قۇرۇلمىسى گرافېنغا ئۈنۈملۈك ئوپتىكىلىق ئايلانما ئوكۇل سۇپىسى بىلەن تەمىنلىشى مۇمكىن.
ئوخشىمىغان ئىككى ئۆلچەملىك ماتېرىياللارنىڭ بولۇشى مەخسۇس دىئېلېكترىك تەكشۈرۈش ۋە ھەرخىل يېقىنچىلىق كەلتۈرۈپ چىقىرىدىغان ئۈنۈملەرنى ئاساس قىلغان پۈتۈنلەي يېڭى ئىقتىدارلىرى بىلەن رومان ئەڭ ئاخىرىدا نېپىز يات قۇرۇلمىلارنى بارلىققا كەلتۈرۈش مۇمكىنچىلىكىنى ئاچتى. ئېلېكترون ۋە ئوپتىكىلىق ئېلېكترون ساھەسىدە كەلگۈسىدىكى قوللىنىشچان پروگراممىلارنى ئىسپاتلايدىغان ئۈسكۈنىلەر ئەمەلگە ئاشتى (4-6).
بۇ يەردە ، بىز يەككە ئايلانما WS2 دىن تەركىب تاپقان ئېپتاكسىيىلىك ۋان دېر ۋالسنىڭ يەر تۈزۈلۈشىنى ئاساس قىلىمىز ، كۈچلۈك ئايلانما ئايلانما ئوربىتا تۇتاشتۇرۇلغان بىۋاسىتە بوشلۇق يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ۋە تەتۈر ئايلىنىش سىممېترىكلىكى بۇزۇلغانلىقتىن بەلۋاغ قۇرۇلمىسىنىڭ زور دەرىجىدە ئايلىنىشى ۋە يەككە شەكىللىك گرافېن. كونۇس بەلۋاغ قۇرۇلمىسى ۋە ئىنتايىن يۇقىرى توشۇغۇچىنىڭ يۆتكىلىشچانلىقى بىلەن (8) ، ھىدروگېن ئاخىرلاشقان SiC (0001) دا ئۆستۈرۈلگەن. ئۇلترا بىنەپشە نۇرنى يۆتكەش (9-15) ۋە يېقىنلىق كەلتۈرۈپ چىقىرىدىغان ئايلانما ئوربىتا تۇتاشتۇرۇش ئۈنۈمى (16-18) نىڭ دەسلەپكى كۆرسەتكۈچلىرى WS2 / گرافېن ۋە شۇنىڭغا ئوخشاش ئوخشىمىغان قۇرۇلمىلارنى كەلگۈسىدىكى ئوپتىكىلىق ئېلېكترون (19) ۋە ئوپتىكىلىق ئېلېكترون (20) ئىلتىماسىغا كاندىدات قىلىدۇ.
بىز WS2 / گرافېندىكى فوتوگرافلىق ئېلېكترون تۆشۈك جۈپلىرىنىڭ ۋاقىت ۋە بۇلۇڭ ئارقىلىق ھەل قىلىنغان فوتوئاكتىپ نۇر سپېكتروسكوپى (tr-ARPES) بىلەن بوشىشىش يولىنى ئاشكارىلاشقا باشلىدۇق. بۇ مەقسەت ئۈچۈن ، بىز WS2 (21 ، 12) دىكى A ھاياجانلىنىشقا قارشى 2-eV پومپىسى تومۇرلىرى بىلەن گېرو قۇرۇلمىسىنى ھاياجانلاندۇرىمىز ۋە 26-eV فوتون ئېنېرگىيىسىدە ئىككىنچى قېتىم كېچىكتۈرۈلگەن تەكشۈرۈش تومۇرى بىلەن فوتو ئېلېكتروننى چىقىرىمىز. بىز يېرىم شار ئانالىزچىسى بىلەن فوتو ئېلېكتروننىڭ ھەرىكەت ئېنېرگىيىسى ۋە بۇلغىما بۇلۇڭىنى پومپا تەكشۈرۈش ئەسۋابىنىڭ كېچىكىش ئىقتىدارى سۈپىتىدە ھەرىكەتلەندۈرگۈچ كۈچ ، ئېنېرگىيە ۋە ۋاقىت ھەل قىلىدىغان توشۇغۇچى ھەرىكەتلەندۈرگۈچ كۈچىگە ئېرىشەلەيمىز. ئېنېرگىيە ۋە ۋاقىت ئېنىقلىق دەرىجىسى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 240 meV ۋە 200 fs.
بىزنىڭ نەتىجىلىرىمىز يەر تەۋرەشتە تۇتاشتۇرۇلغان قەۋەتلەر ئارا ئۇلترا بىنەپشە توك قاچىلاشنى بىۋاسىتە ئىسپات بىلەن تەمىنلەيدۇ ، بۇ خىل قولدا قۇراشتۇرۇلغان ئوخشىمىغان قۇرۇلمىلاردىكى ئوپتىكىلىق تېخنىكىلارنى ئاساس قىلىپ ، قەۋەتلەرنى خالىغانچە ئازىمۇت توغرىلاش (9-15). ئۇنىڭدىن باشقا ، بىز بۇ ھەقنى يۆتكەشنىڭ يۇقىرى سىممېترىك ئەمەسلىكىنى كۆرسىتىمىز. بىزنىڭ ئۆلچەشلىرىمىز ئىلگىرى كۆزىتىلمىگەن توك بىلەن ئايرىلغان ئۆتكۈنچى ھالەتنى ئاشكارىلاپ ، ئايرىم-ئايرىم ھالدا WS2 ۋە گرافېن قەۋىتىگە جايلاشقان فوتوسېكتىك ئېلېكترون ۋە تۆشۈكلەر بار ، بۇلار p1 ps. بىز بايقاشلىرىمىزنى يۇقىرى ئېنىقلىقتىكى ARPES ئاشكارىلىغان WS2 ۋە گرافېن بەلۋاغنىڭ نىسپىي ماسلىشىشىدىن كېلىپ چىققان ئېلېكترون ۋە تۆشۈك يۆتكىلىشنىڭ تارقىلىش باسقۇچىدىكى ئوخشىماسلىق نۇقتىسىدىن شەرھلەيمىز. ئايلانما ۋە جىلغىدىن تاللانغان ئوپتىكىلىق ھاياجانلىنىش (22-25) WS2 / گرافېن گېرو قۇرۇلمىسى بىلەن بىرلەشتۈرۈلۈپ ، گرافېنغا ئۇلترا بىنەپشە نۇرلۇق ئوپتىكىلىق ئوكۇل ئوكۇلىنىڭ يېڭى سەھنىسى تەمىنلىنىشى مۇمكىن.
1A رەسىمدە يۇقىرى ئېنىقلىقتىكى ARPES ئۆلچەش ئەسۋابى WS2 / گرافېن گېروسترو قۇرۇلمىسىنىڭ ΓK يۆنىلىشى بويىدىكى بەلۋاغ قۇرۇلمىسىنىڭ گېلىي چىرىغى بىلەن ئېرىشكەن. دىراك كونۇسنىڭ تەڭپۇڭلۇق خىمىيىلىك يوشۇرۇن كۈچىنىڭ ئۈستىدە .3 0.3 eV بولغان Dirac نۇقتىسى بىلەن تۆشۈك ئېچىلغانلىقى بايقالغان. ئايلانما بۆلۈنگەن WS2 ۋالېنس بەلبېغىنىڭ ئۈستىنىڭ تەڭپۇڭلۇق خىمىيىلىك يوشۇرۇن كۈچىنىڭ ئاستىدا .2 1.2 eV ئىكەنلىكى بايقالغان.
(A) تەڭپۇڭسىز فوتوئاپپارات ΓK- يۆنىلىشنى بويلاپ قۇتۇپسىز گېلىي چىرىغى بىلەن ئۆلچەنگەن. (2) 26-eV فوتون ئېنىرگىيىسىدە p قۇتۇپلاشقان دەرىجىدىن تاشقىرى ئۇلترا بىنەپشە تومۇر بىلەن ئۆلچەنگەن مەنپىي پومپىنىڭ تەكشۈرۈشىنىڭ كېچىكىشىدىكى فوتوگراف. داشلانغان كۈلرەڭ ۋە قىزىل سىزىقلار 2-رەسىمدىكى ئۆتكۈنچى چوققا ئورنىنى ئېلىشتا ئىشلىتىلىدىغان سىزىق ئارخىپىنىڭ ئورنىنى كۆرسىتىدۇ. of 2 mJ / cm2. فوتو ئېلېكتروننىڭ پايدا ۋە يوقىلىشى ئايرىم-ئايرىم ھالدا قىزىل ۋە كۆك رەڭدە كۆرسىتىلدى. بۇ قۇتىلار 3-رەسىمدە كۆرسىتىلگەن پومپا تەكشۈرۈش ئىزلىرىنىڭ بىر گەۋدىلىشىش دائىرىسىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.
1B رەسىمدە پومپا تومۇرى كېلىشتىن بۇرۇن سەلبىي پومپا تەكشۈرۈش ئەسۋابىنىڭ كېچىكىشىدە 26 eV فوتون ئېنېرگىيىسىدە 100 fs لىق دەرىجىدىن تاشقىرى ئۇلترا بىنەپشە تومۇر بىلەن ئۆلچەنگەن گرافېن K نۇقتىسىنىڭ WS2 ۋە گرافېن K نۇقتىسىنىڭ tr-ARPES سۈرىتى كۆرسىتىلدى. بۇ يەردە ئەۋرىشكەنىڭ بۇزۇلۇشى ۋە 2-eV پومپىسى تومۇرىنىڭ بارلىقى سەۋەبىدىن ئايلىنىش بۆلۈنمىسى ھەل بولمايدۇ. 1C رەسىمدە پومپا تەكشۈرۈش سىگنالى ئەڭ يۇقىرى چەككە يەتكەن 200 fs لىك پومپا تەكشۈرۈش كېچىكىشىدە 1B رەسىمگە قارىتا فوتوسۈرەتنىڭ پومپا كەلتۈرۈپ چىقارغان ئۆزگىرىشى كۆرسىتىلدى. قىزىل ۋە كۆك رەڭلەر ئايرىم-ئايرىم ھالدا فوتو ئېلېكتروننىڭ ئۆسۈشى ۋە يوقىلىشىنى كۆرسىتىدۇ.
بۇ مول ھەرىكەتچانلىقىنى تېخىمۇ تەپسىلىي تەھلىل قىلىش ئۈچۈن ، ئالدى بىلەن قوشۇمچە ماتېرىياللاردا تەپسىلىي چۈشەندۈرۈلگەندەك ، 1B رەسىمدىكى سىزىقلىق سىزىقلارنى بويلاپ WS2 ۋالېنس بەلبېغى ۋە گرافېن π بەلۋاغنىڭ ئۆتكۈنچى چوققا ئورنىنى ئېنىقلايمىز. بىز WS2 ۋالېنس بەلبېغىنىڭ 90 meV يۇقىرى كۆتۈرۈلگەنلىكىنى (2A رەسىم) ، گرافېن π بەلۋاغنىڭ 50 مېگا تۆۋەنلىگەنلىكىنى بايقىدۇق (2B رەسىم). بۇ ئۆزگىرىشلەرنىڭ يوشۇرۇن ئۆمرى WS2 نىڭ ۋالېنس بەلبېغى ئۈچۈن 1.2 ± 0.1 ps ، گرافېن π بەلۋاغنىڭ 1.7 ± 0.3 ps ئىكەنلىكى بايقالغان. بۇ چوققا بۇرۇلۇشلار ئىككى قەۋەتنىڭ ۋاقىتلىق توك قاچىلاشنىڭ تۇنجى ئىسپاتى بىلەن تەمىنلەيدۇ ، بۇ يەردە ئېلېكترونلۇق ھالەتلەرنىڭ باغلىنىشچان ئېنېرگىيىسى قوشۇمچە ئاكتىپ (مەنپىي) توك كۆپىيىدۇ (تۆۋەنلەيدۇ). شۇنىڭغا دىققەت قىلىڭكى ، WS2 ۋالېنس بەلبېغىنىڭ يۇقىرى كۆتۈرۈلۈشى 1C رەسىمدىكى قارا قۇتا بەلگە قويۇلغان رايوندىكى كۆزگە كۆرۈنەرلىك پومپا تەكشۈرۈش سىگنالىغا مەسئۇل.
WS2 ۋالېنس بەلبېغى (A) ۋە گرافېن π بەلۋاغ (B) نىڭ چوققا ئورنىنىڭ ئۆزگىرىشى پومپىدىن تەكشۈرۈشنى كېچىكتۈرۈش فۇنكسىيەسى (قېلىن سىزىق). (A) دىكى WS2 ئۆزگىرىشنىڭ ئۆمرى 1.2 ± 0.1 ps. (B) دىكى گرافېننىڭ يۆتكىلىش ئۆمرى 1.7 ± 0.3 ps.
كېيىنكى قەدەمدە ، بىز پومپا تەكشۈرۈش سىگنالىنى 1C رەسىمدىكى رەڭلىك قۇتىلار كۆرسىتىلگەن رايونلارغا بىرلەشتۈرۈپ ، ھاسىل بولغان سانلارنى 3-رەسىمدىكى پومپا تەكشۈرۈش ئەسۋابىنىڭ كېچىكىش ئىقتىدارى سۈپىتىدە پىلانلايمىز. 3-رەسىمدىكى ئەگرى سىزىق 1 دىن ھەرىكەتچانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. رەسىمگە تارتىلغان توشۇغۇچى WS2 قەۋىتىنىڭ ئۆتكۈزگۈچ بەلبېغىنىڭ ئاستىغا يېقىن بولۇپ ، سانلىق مەلۇماتلارغا ماس كېلىدىغان كۆرسەتكۈچتىن ئېرىشكەن ئۆمرى 1.1 ± 0.1 ps (قوشۇمچە ماتېرىياللارغا قاراڭ).
پومپا تەكشۈرۈش ئەسۋابى 1C رەسىمدىكى رامكىلاردا كۆرسىتىلگەن رايونغا فوتوسۈرەتنى بىرلەشتۈرۈش ئارقىلىق ئېرىشكەن كېچىكىشنىڭ رولى. قېلىن سىزىقلار سانلىق مەلۇماتلارغا ماس كېلىدۇ. ئەگرى سىزىق (1) WS2 نىڭ ئۆتكۈزگۈچ گۇرۇپپىسىدىكى ۋاقىتلىق توشۇغۇچى نوپۇس. ئەگرى سىزىق (2) تەڭپۇڭلۇق خىمىيىلىك يوشۇرۇن كۈچىنىڭ ئۈستىدىكى π بەلۋاغ گرافېننىڭ پومپا تەكشۈرۈش سىگنالى. ئەگرى سىزىق (3) تەڭپۇڭلۇق خىمىيىلىك يوشۇرۇن كۈچنىڭ ئاستىدىكى π بەلۋاغ گرافېننىڭ پومپا تەكشۈرۈش سىگنالى. ئەگرى سىزىق (4) WS2 نىڭ ۋالېنس بەلبېغىدىكى ساپ پومپا تەكشۈرۈش سىگنالى. ھايات ۋاقتى (1) دىكى 1.2 ± 0.1 ps ، 180 ± 20 fs (پايدا) ۋە (2) دىكى p2 ps (زىيان) ، (3) دىكى 1.8 ± 0.2 ps.
3-رەسىمنىڭ 2-ۋە 3-ئەگرى سىزىقلىرىدا بىز گرافېن band بەلۋاغنىڭ پومپا تەكشۈرۈش سىگنالىنى كۆرسىتىمىز. بىز تەڭپۇڭلۇق خىمىيىلىك يوشۇرۇن كۈچىدىن يۇقىرى ئېلېكترونلارنىڭ ئېرىشىشىنىڭ (3-رەسىمدىكى 2-ئەگرى سىزىق) تەڭپۇڭلۇق خىمىيىلىك يوشۇرۇن كۈچنىڭ ئاستىدىكى ئېلېكترونلارنىڭ يوقىلىشىغا سېلىشتۇرغاندا (ئۆمرى 180 ± 20 fs) ئۇزۇن ئۆمۈر كۆرىدىغانلىقىنى بايقىدۇق. 3-رەسىم). ئۇنىڭدىن باشقا ، 3-رەسىمنىڭ 2-ئەگرى سىزىقىدىكى فوتو نۇرنىڭ دەسلەپكى ئۆسۈشى بىر ئۆمۈر ∼2 ps بىلەن t = 400 fs دە زىيانغا ئايلىنىدىغانلىقى بايقالدى. پايدا بىلەن زىيان ئوتتۇرىسىدىكى سىممېترىكلىكنىڭ بايقالمىغان مونولاي گرافېننىڭ پومپا تەكشۈرۈش سىگنالىدا يوقلىقى بايقالدى (قوشۇمچە ماتېرىياللاردىكى S5 رەسىمگە قاراڭ) ، بۇ سىممېترىكلىكنىڭ WS2 / گرافېن گېرو قۇرۇلمىسىدىكى ئۆز-ئارا تۇتاشتۇرۇشنىڭ نەتىجىسى ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. تەڭپۇڭلۇق خىمىيىلىك يوشۇرۇن كۈچنىڭ ئۈستى ۋە ئاستىدىكى قىسقا مۇددەتلىك پايدا ۋە ئۇزۇن ئۆمۈر كۆرۈشنى كۆزىتىش شۇنى ئىسپاتلايدۇكى ، ئېلېكترونلار قۇرۇلما قۇرۇلمىسىنى سۈرەتكە تارتقاندىن كېيىن گرافېن قەۋىتىدىن ئۈنۈملۈك ھالدا چىقىرىۋېتىلىدۇ. نەتىجىدە ، گرافېن قەۋىتى مۇسبەت زەرەتلىنىدۇ ، بۇ 2B رەسىمدە بايقالغان π بەلۋاغنىڭ باغلاش ئېنېرگىيىسىنىڭ ئېشىشىغا ماس كېلىدۇ. -بەلۋاغنىڭ تۆۋەنلىشى تەڭپۇڭلۇق Fermi-Dirac نىڭ يۇقىرى ئېنېرگىيىلىك قۇيرۇقىنى تەڭپۇڭلۇق خىمىيىلىك يوشۇرۇن كۈچنىڭ ئۈستىدىن چىقىرىپ تاشلايدۇ ، بۇ 3-رەسىمنىڭ 2-ئەگرى سىزىقىدىكى پومپا تەكشۈرۈش سىگنالى بەلگىسىنىڭ ئۆزگىرىشىنى قىسمەن چۈشەندۈرۈپ بېرىدۇ. تۆۋەندە كۆرسىتىڭ ، بۇ ئۈنۈم π بەلۋاغتىكى ئېلېكترونلارنىڭ ۋاقىتلىق يوقىلىشى بىلەن تېخىمۇ كۈچىيىدۇ.
بۇ خىل ئەھۋالنى 3-رەسىمنىڭ 4-ئەگرى سىزىقىدىكى WS2 ۋالېنس بەلبېغىنىڭ تور پومپىسى تەكشۈرۈش سىگنالى قوللايدۇ. بۇ سانلىق مەلۇماتلار رەسىمگە تارتىلغان ئېلېكترونلارنى سۈرەتكە تارتقان 1B رەسىمدىكى قارا قۇتا بەرگەن رايوندىكى سانلارنى بىرلەشتۈرۈش ئارقىلىق قولغا كەلتۈرۈلدى. بارلىق پومپا تەكشۈرۈش ئەسۋابى كېچىكىدۇ. تەجرىبە خاتالىق بالدىقى ئىچىدە ، پومپا تەكشۈرۈشنىڭ كېچىكىشى ئۈچۈن WS2 نىڭ ۋالېنس بەلبېغىدا تۆشۈك بارلىقىغا ئائىت ھېچقانداق ئالامەت تاپالمىدۇق. بۇ رەسىمگە چۈشكەندىن كېيىن ، بۇ تۆشۈكلەرنىڭ بىزنىڭ ۋاقىتلىق ئېنىقلىقىمىزغا سېلىشتۇرغاندا قىسقا ۋاقىت ئىچىدە تېزلىكتە تولدۇرۇلغانلىقىنى كۆرسىتىدۇ.
بىزنىڭ WS2 / گرافېن گېرو قۇرۇلمىسىدىكى ئۇلترا بىنەپشە نۇرنى ئايرىش ھەققىدىكى پەرىزىمىزنى ئاخىرقى ئىسپات بىلەن تەمىنلەش ئۈچۈن ، قوشۇمچە ماتېرىياللاردا تەپسىلىي بايان قىلىنغاندەك گرافېن قەۋىتىگە يۆتكەلگەن تۆشۈك سانىنى ئېنىقلايمىز. قىسقىسى ، band بەلۋاغنىڭ ئۆتكۈنچى ئېلېكترونلۇق تارقىتىشىغا Fermi-Dirac تارقىتىش ئورنىتىلغان. ئاندىن ئۆڭكۈر سانى ئۆتكۈنچى خىمىيىلىك يوشۇرۇن كۈچ ۋە ئېلېكترونلۇق تېمپېراتۇرىنىڭ ھاسىل بولغان قىممىتىدىن ھېسابلىنىدۇ. نەتىجىدە 4-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. بىز بايقىشىمىزچە ، ئومۇمىي سان ∼5 × 1012 تۆشۈك / cm2 WS2 دىن گرافېنغا يۆتكىلىپ ، ئۆمرى 1.5 ± 0.2 ps.
Π- بەلۋاغتىكى تۆشۈك سانىنىڭ ئۆزگىرىشى پومپا تەكشۈرۈش ئەسۋابىنىڭ كېچىكىش ئىقتىدارى بولۇپ ، ئۇزۇن ئۆمۈر كۆرۈش 1.5 ± 0.2 ps.
ئەنجۈردىكى بايقاشلاردىن. 2 دىن 4 كىچە ، WS2 / گرافېن گېرو قۇرۇلمىسىدىكى ئۇلترا بىنەپشە نۇرنىڭ يۆتكىلىشى ئۈچۈن تۆۋەندىكى مىكروسكوپلۇق رەسىم پەيدا بولىدۇ (5-رەسىم). 2 eV دىكى WS2 / گرافېن گېرو قۇرۇلمىسىنىڭ سۈرەتكە تارتىش نىسبىتى WS2 دىكى A ھاياجانلىنىشنى ئاساس قىلىدۇ (5A رەسىم). گرافېندىكى Dirac نۇقتىسىدىكى شۇنداقلا WS2 بىلەن گرافېن بەلبېغى ئارىسىدىكى قوشۇمچە ئېلېكترونلۇق ھاياجانلىنىش ئېنېرگىيىلىك مۇمكىن ، ئەمما ئۈنۈمى بىر قەدەر تۆۋەن. WS2 نىڭ ۋالېنس بەلبېغىدىكى رەسىمگە تارتىلغان تۆشۈكلەر بىزنىڭ ۋاقىتلىق ئېنىقلىقىمىزغا سېلىشتۇرغاندا قىسقا ۋاقىت ئىچىدە گرافېن π بەلۋاغتىن ھاسىل بولغان ئېلېكترونلار بىلەن تولدۇرۇلدى (5A رەسىم). WS2 نىڭ ئۆتكۈزگۈچ گۇرۇپپىسىدىكى سۈرەتكە تارتىلغان ئېلېكترونلارنىڭ ئۆمرى p1 ps (5B رەسىم). قانداقلا بولمىسۇن ، گرافېن band بەلۋاغتىكى تۆشۈكلەرنى تولدۇرۇش ئۈچۈن p2 ps كېتىدۇ (5B رەسىم). بۇ WS2 ئۆتكۈزگۈچ بەلۋاغ بىلەن گرافېن π بەلۋاغ ئارىسىدىكى بىۋاسىتە ئېلېكترونلۇق يۆتكىلىشتىن باشقا ، قوشۇمچە بوشىشىش يوللىرى بەلكىم كەمتۈك ھالەتلەر ئارقىلىق (26) تولۇق ھەرىكەتچانلىقىنى چۈشىنىش ئۈچۈن ئويلىنىشقا ئېھتىياجلىق ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.
(A) 2 eV دىكى WS2 A- ھاياجانلىنىش رېزونانىسسىدىكى سۈرەتكە تارتىش ئېلېكتروننى WS2 نىڭ ئۆتكۈزگۈچ بەلبېغىغا ئوكۇل قىلىدۇ. WS2 نىڭ ۋالېنس بەلبېغىدىكى ماس تۆشۈكلەر گرافېن band بەلۋاغتىكى ئېلېكترونلار بىلەن دەرھال تولدۇرۇلىدۇ. (2) WS2 نىڭ ئۆتكۈزگۈچ گۇرۇپپىسىدىكى رەسىمگە تارتىلغان خەۋەرلىشىش شىركەتلىرىنىڭ ئۆمرى 1 ps. گرافېن band بەلۋاغتىكى تۆشۈكلەر p2 ps ئۈچۈن ياشايدۇ ، بۇ كېسىلگەن ئوقلار ئارقىلىق كۆرسىتىلگەن قوشۇمچە چېچىلىش يوللىرىنىڭ مۇھىملىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. (A) ۋە (B) دىكى قارا سىزىقلىق سىزىقلار بەلۋاغنىڭ ئۆزگىرىشى ۋە خىمىيىلىك يوشۇرۇن كۈچنىڭ ئۆزگىرىشىنى كۆرسىتىدۇ. (C) ئۆتكۈنچى ھالەتتە ، WS2 قەۋىتى مەنپىي زەرەتلىنىدۇ ، گرافېن قەۋىتى مۇسبەت زەرەتلىنىدۇ. ئايلانما قۇتۇپ نۇرى بىلەن ئايلانما تاللاش ھاياجانلىنىش ئۈچۈن ، WS2 دىكى رەسىمگە تارتىلغان ئېلېكترون ۋە گرافېندىكى ماس تۆشۈكلەر قارشى ئايلانما قۇتۇپلىشىشنى كۆرسىتىدۇ.
ئۆتكۈنچى ھالەتتە ، سۈرەتكە تارتىلغان ئېلېكترونلار WS2 نىڭ ئۆتكۈزگۈچ بەلبېغىدا تۇرىدۇ ، رەسىمگە تارتىلغان تۆشۈكلەر grap گرافېن بەلبېغىغا جايلاشقان (5C رەسىم). بۇ WS2 قەۋىتىنىڭ مەنپىي زەرەتلەنگەنلىكى ۋە گرافېن قەۋىتىنىڭ مۇسبەت زەرەتلەنگەنلىكىدىن دېرەك بېرىدۇ. بۇ ئۆتكۈنچى چوققا بۇرۇلۇشنى (2-رەسىم) ، گرافېن پومپىسى تەكشۈرۈش سىگنالىنىڭ سىممېترىكسىزلىكىنى (3-رەسىمنىڭ 2 ۋە 3-ئەگرى سىزىقى) ، WS2 نىڭ ۋالېنس بەلبېغىدا تۆشۈكنىڭ يوقلىقىنى (4-رەسىم 3-رەسىم). ، شۇنداقلا گرافېن band بەلۋاغتىكى قوشۇمچە تۆشۈكلەر (4-رەسىم). بۇ توك بىلەن ئايرىلغان ھالەتنىڭ ئۆمرى ∼1 ps (ئەگرى سىزىق 1-رەسىم).
مۇشۇنىڭغا ئوخشاش توك قاچىلانغان ئۆتكۈنچى ھالەتلەر II تىپلىق بەلۋاغنى توغرىلاش ۋە تەۋرەنمە بەلۋاغ (27-32) بولغان ئىككى بىۋاسىتە بوشلۇقتىكى يېرىم ئۆتكۈزگۈچتىن ياسالغان مۇناسىۋەتلىك ۋان دېر ۋالس گېرو قۇرۇلمىسىدا كۆرۈلگەن. سۈرەتكە تارتىشتىن كېيىن ، ئېلېكترون ۋە تۆشۈكلەرنىڭ تېزلىكتە ئۆتكۈزگۈچ بەلۋاغنىڭ ئاستىغا ۋە ۋالېنس بەلبېغىنىڭ چوققىسىغا يۆتكىلىدىغانلىقى بايقالدى ، ئۇلار ئوخشىمىغان قاتلامنىڭ ئوخشىمىغان قەۋىتىگە جايلاشقان (27-32).
بىزنىڭ WS2 / گرافېننىڭ قۇرۇلما قۇرۇلمىسىغا كەلسەك ، ئېلېكترون ۋە تۆشۈكنىڭ ئېنېرگىيىدىكى ئەڭ پايدىلىق ئورنى مېتال گرافېن قەۋىتىدىكى فېرمى سەۋىيىسىدە. شۇڭلاشقا ، كىشىلەر ئېلېكترون ۋە تۆشۈكنىڭ تېزلىكتە گرافېن π بەلۋاغقا يۆتكىلىشىنى ئۈمىد قىلىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن ، بىزنىڭ ئۆلچەشلىرىمىز شۇنى ئىسپاتلايدۇكى ، تۆشۈك يۆتكەش (<200 fs) ئېلېكترون يۆتكەش (∼1 ps) دىن كۆپ ئۈنۈملۈك. بىز بۇنى WS2 ۋە گرافېن بەلۋاغنىڭ نىسپىي ئېنېرگىيىلىك ماسلىشىشى بىلەن باغلايمىز ، 1A رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك ، ئېلېكترونلۇق يۆتكىلىشكە سېلىشتۇرغاندا (14 ، 15) مۆلچەرلەنگەن ئېلېكترونلۇق يۆتكىلىشكە سېلىشتۇرغاندا ، تۆشۈك يۆتكەشنىڭ ئەڭ ئاخىرقى ھالىتىنى تەمىنلەيدۇ. ھازىرقى ئەھۋالدا ، ∼2 eV WS2 بەلۋاغنى پەرەز قىلساق ، گرافېن دىراك نۇقتىسى ۋە تەڭپۇڭلۇق خىمىيىلىك يوشۇرۇن كۈچى WS2 بەلۋاغنىڭ ئوتتۇرىسىدىن ئايرىم-ئايرىم ھالدا .5 0.5 ۋە .2 0.2 eV بولۇپ ، ئېلېكترون تۆشۈك سىممېترىكلىكىنى بۇزدى. بىز تۆشۈك يۆتكەشكە بولىدىغان ئاخىرقى ھالەتلەرنىڭ سانىنىڭ ئېلېكترونلۇق يۆتكىلىشكە قارىغاندا 6 ھەسسە كۆپ ئىكەنلىكىنى بايقىدۇق (قوشۇمچە ماتېرىياللارغا قاراڭ) ، شۇڭلاشقا تۆشۈك يۆتكەشنىڭ ئېلېكترونلۇق يۆتكىلىشكە قارىغاندا تېز بولۇشىدىن ئۈمىد بار.
كۆزىتىلگەن ئۇلترافاستىك سىممېترىك بولمىغان توكنىڭ تولۇق مىكروسكوپلۇق رەسىمى ، يەنە WS2 دىكى A ھاياجانلىنىش دولقۇنى فۇنكسىيەسىنى تەشكىل قىلىدىغان ئوربىتا بىلەن گرافېن band بەلۋاغنىڭ ئۆز-ئارا باغلىنىشىنى ئويلىشىشى كېرەك. ھەرىكەتلەندۈرگۈچ كۈچ ، ئېنېرگىيە ، ئايلىنىش ۋە ساختا دورا ساقلاش ئارقىلىق چەكلەنگەن چەكلىمىلەر ، پلازما تەۋرىنىشنىڭ تەسىرى (33) ، شۇنداقلا يۆتكىلىشچان ھاياجانلىنىشنىڭ رولى قاتارلىقلارنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. ماس قەدەملىك فونون تەۋرىنىشنىڭ زەرەتلەشنى ۋاسىتە قىلىشى مۇمكىن (34 ، 35). شۇنداقلا ، كۆزىتىلگەن توك يۆتكەش ھالىتىنىڭ توك يۆتكەش ھاياجانلىنىش ياكى ھەقسىز ئېلېكترونلۇق تۆشۈك جۈپلىرىدىن تەركىب تاپقان ياكى ئەمەسلىكىنى پەرەز قىلىشى مۇمكىن (قوشۇمچە ماتېرىياللارغا قاراڭ). بۇ مەسىلىلەرنى ئايدىڭلاشتۇرۇش ئۈچۈن ھازىرقى قەغەز دائىرىسىدىن ھالقىپ كەتكەن نەزەرىيەۋى تەكشۈرۈشلەر تەلەپ قىلىنىدۇ.
خۇلاسىلەپ ئېيتقاندا ، بىز tr-ARPES نى ئىشلىتىپ ، يۇقىرى دەرىجىدىكى WS2 / گرافېن گېرو قۇرۇلمىسىدىكى ئۇلترا ناشتىلىق ئۆز ئارا توك قاچىلاشنى تەتقىق قىلدۇق. بىز 2 eV دىكى WS2 نىڭ A ھاياجانلىنىش رېزونانىسسىدا ھاياجانلانغان ۋاقىتتا ، سۈرەتكە ئېلىنغان تۆشۈكلەرنىڭ تېزلىكتە گرافېن قەۋىتىگە يۆتكىلىدىغانلىقىنى ، رەسىمگە ئېلىنغان ئېلېكترونلارنىڭ WS2 قەۋىتىدە قالغانلىقىنى بايقىدۇق. بىز بۇنى تۆشۈك يۆتكەشكە بولىدىغان ئاخىرقى ھالەتلەرنىڭ سانىنىڭ ئېلېكترونلۇق يۆتكىلىشكە قارىغاندا كۆپ ئىكەنلىكىگە باغلىدۇق. توك قاچىلانغان ۋاقىتلىق ھالەتنىڭ ئۆمرى ∼1 ps ئىكەنلىكى بايقالدى. ئايلانما قۇتۇپ نۇرى (22-25) ئارقىلىق ئايلانما ئوپتىكىلىق ھاياجانلىنىش بىلەن بىرلەشتۈرۈلگەندە ، كۆزىتىلگەن ئۇلترا ئاۋاز دولقۇنىنىڭ توك يۆتكىلىشى بەلكىم ئايلانما يۆتكىلىش بىلەن بىللە بولۇشى مۇمكىن. بۇ خىل ئەھۋالدا ، تەكشۈرۈلگەن WS2 / گرافېن گېروسترو قۇرۇلمىسى گرافېنغا ئوپتىكىلىق ئايلانما ئوكۇلنى ئوكۇل قىلىپ ئىشلىتىپ ، رومان ئوپتىكىلىق ئېلېكتر ئۈسكۈنىلىرىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىشى مۇمكىن.
گرافېن ئەۋرىشكىسى SiCrystal GmbH دىكى سودا يېرىم ئۆتكۈزگۈچ 6H-SiC (0001) ۋافېردا ئۆستۈرۈلگەن. N دوپپالىق ۋافېرلار 0.5 ° تىن تۆۋەن بولغان ئوق ئۈستىدە ئىدى. SiC تارماق ئېغىزى ھىدروگېن بىلەن ئورالغان بولۇپ ، سىزىلغان سىزمىلارنى چىقىرىپ تاشلاپ ، دائىملىق تەكشى يەرلەرگە ئېرىشىدۇ. ئاندىن پاكىز ۋە ئاتوم تەكشى سى ئاخىرلاشقان يۈزى Ar ئاتموسفېراسىدىكى ئەۋرىشكىنى 1300 سېلسىيە گرادۇستا 8 مىنۇت (36) غا چاپلاش ئارقىلىق گرافىكلاشتۇرۇلدى. بۇنداق بولغاندا ، بىز بىر كاربون قەۋىتىگە ئېرىشتۇق ، بۇ يەردە ھەر ئۈچىنچى كاربون ئاتوم SiC تارماق ئېغىزىغا يانتۇ باغلىنىش ھاسىل قىلدى (37). ئاندىن بۇ قەۋەت ھىدروگېن ئارىلىشىش ئارقىلىق پۈتۈنلەي sp2 بىرىكتۈرۈلگەن كۇئاس ئەركىن تۇراقلىق تۆشۈك شەكىللىك گرافېنغا ئايلانغان (38). بۇ ئەۋرىشكىلەر گرافېن / H-SiC (0001) دەپ ئاتىلىدۇ. پۈتكۈل جەريان Aixtron دىن كەلگەن سودا قارا سېھىرلىك ئۆسۈش ئۆيىدە ئېلىپ بېرىلدى. WS2 نىڭ ئۆسۈشى ئۆلچەملىك ئىسسىق تام رېئاكتورىدا تۆۋەن بېسىملىق خىمىيىلىك پارنىڭ چۆكۈپ كېتىشى (39،40) بىلەن WO3 ۋە S پاراشوكى ئارقىلىق ماسسا نىسبىتى 1: 100 بولغان. WO3 ۋە S پاراشوكى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 900 ۋە 200 سېلسىيە گرادۇستا ساقلانغان. WO3 پاراشوكى ئاستى قىسمىغا يېقىن قويۇلدى. ئارگون توشۇغۇچى گازى سۈپىتىدە ئىشلىتىلگەن ، ئېقىمى 8 سانتىمېتىر. رېئاكتوردىكى بېسىم 0.5 مىگابايتتا ساقلانغان. ئەۋرىشكەلەر ئىككىلەمچى ئېلېكترونلۇق مىكروسكوپ ، ئاتوم كۈچى مىكروسكوپى ، رامان ۋە فوتومىنومىنسېن سپېكتروسكوپى ، شۇنداقلا تۆۋەن ئېنېرگىيىلىك ئېلېكترون دىففراكسىيەسى بىلەن سۈپەتلەنگەن. بۇ ئۆلچەشلەر ئوخشىمىغان ئىككى خىل WS2 يەككە كرىستاللىق تور دائىرىسىنى ئاشكارىلىدى ، بۇ يەردە ΓK- ياكى ΓK' يۆنىلىشى گرافېن قەۋىتىنىڭ ΓK يۆنىلىشى بىلەن ماسلىشىدۇ. دائىرە يان ئۇزۇنلۇقى 300 دىن 700 nm ئارىلىقىدا بولۇپ ، WS2 نىڭ ئومۇمىي قاپلىنىش نىسبىتى% 40 ئەتراپىدا بولۇپ ، ARPES ئانالىزىغا ماس كېلىدۇ.
تۇراقلىق ARPES تەجرىبىسى يېرىم شار ئانالىزچىسى (SPECS PHOIBOS 150) بىلەن ئېلېكتر ئېنېرگىيىسى ۋە ھەرىكەتلەندۈرگۈچ كۈچنى ئىككى ئۆلچەملىك بايقاش ئۈچۈن توك قاچىلانغان ئۈسكۈنىنى تەكشۈرۈش سىستېمىسى ئارقىلىق ئېلىپ بېرىلدى. قۇتۇپسىز ، يەككە شەكىللىك He Iα رادىئاتسىيەسى (21.2 eV) يۇقىرى ئېقىمى He قويۇپ بېرىش مەنبەسى (VG Scienta VUV5000) بارلىق رەسىمگە تارتىش تەجرىبىسىگە ئىشلىتىلگەن. تەجرىبىمىزدىكى ئېنېرگىيە ۋە بۇلۇڭ ئېنىقلىق دەرىجىسى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 30 meV ۋە 0.3 ° (0.01 Å - 1 گە ماس كېلىدۇ) دىن ياخشى بولدى. بارلىق سىناقلار ئۆي تېمپېراتۇرىسىدا ئېلىپ بېرىلدى. ARPES ئىنتايىن يەر يۈزىگە سەزگۈر تېخنىكا. WS2 ۋە گرافېن قەۋىتىدىن فوتو ئېلېكترون چىقىرىش ئۈچۈن ، WS2 نىڭ قاپلىنىش نىسبىتى% 40 بولغان ئەۋرىشكە ئىشلىتىلگەن.
Tr-ARPES قۇرۇلمىسى 1 kHz لىق تىتان: كۆك ياقۇت كۈچەيتكۈچ (Coherent Legend Elite Duo) نى ئاساس قىلغان. 2 mJ چىقىرىش قۇۋۋىتى ئارگوندا يۇقىرى گارمون ھاسىل قىلىش ئۈچۈن ئىشلىتىلگەن. نەتىجىدە دەرىجىدىن تاشقىرى ئۇلترا بىنەپشە نۇر رېشاتكىلىق يەككە ئايلىنىشتىن ئۆتۈپ ، 26 eV فوتون ئېنېرگىيىسىدە 100 fs تەكشۈرۈش ئەسۋابى ھاسىل قىلىدۇ. 8mJ لىق كۈچەيتكۈچ چىقىرىش قۇۋۋىتى ئوپتىكىلىق پارامېتىر كۈچەيتكۈچكە (نۇر ئايلاندۇرۇشتىن HE-TOPAS) ئەۋەتىلدى. 1-eV فوتون ئېنىرگىيىسىدىكى سىگنال چىرىغى beta-barium borate كىرىستالدا چاستوتا ھەسسىلەپ ھەسسىلەپ 2-eV پومپىسى تومۇرغا ئېرىشتى. Tr-ARPES ئۆلچەش يېرىم شار ئانالىزچىسى (SPECS PHOIBOS 100) بىلەن ئېلىپ بېرىلدى. ئومۇمىي ئېنېرگىيە ۋە ۋاقىتلىق ئېنىقلىق دەرىجىسى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 240 meV ۋە 200 fs.
بۇ ماقالىنىڭ قوشۇمچە ماتېرىياللىرىنى http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/20/eaay0761/DC1 دىن كۆرەلەيسىز
بۇ ئىجادىي ئورتاقلىق خاسلىقى-غەيرىي سودا ئىجازەتنامىسىگە ئاساسەن تارقىتىلغان ئوچۇق زىيارەت ماقالىسى بولۇپ ، ھەر قانداق ۋاسىتە ئارقىلىق ئىشلىتىش ، تارقىتىش ۋە كۆپەيتىشكە رۇخسەت قىلىدۇ ، پەقەت ئىشلىتىش ئۈنۈمى سودا ئەۋزەللىكى ئۈچۈن ئەمەس ھەمدە ئەسلىدىكى خىزمەت مۇۋاپىق بولسا نەقىل ئېلىنغان.
ئەسكەرتىش: بىز پەقەت ئېلېكترونلۇق خەت ئادرېسىڭىزنى تەلەپ قىلىمىز ، شۇنداق بولغاندا سىز بۇ بەتنى تەۋسىيە قىلغان كىشى سىزنىڭ ئۇنى كۆرۈشنى خالايدىغانلىقىڭىزنى ۋە ئەخلەت خەت ئەمەسلىكىنى بىلىدۇ. بىز ھېچقانداق ئېلېكترونلۇق خەت ئادرېسىنى تۇتمايمىز.
بۇ سوئال سىزنىڭ ئادەم زىيارەتچى ياكى ئەمەسلىكىڭىزنى سىناش ۋە ئاپتوماتىك ئەخلەت يوللاشنىڭ ئالدىنى ئېلىش ئۈچۈندۇر.
سۋېن ئايشلىممان ، ئانتونىيو روسسى ، مارىئانا چاۋېز-سېرۋانتېس ، رازۋان كراۋۇس ، بېنىتو ئارنولدى ، بېنيامىن ستادتمۇللېر ، مارتىن ئايشلىمان ، ستېۋېن فورتتى ، فىلىپپو فاببرى ، كامىلا كولېتتى ، ئىسابېللا گىئېرز
بىز WS2 / گرافېن گېرو قۇرۇلمىسىدا ئۇلترا بىنەپشە نۇر ئايرىشنى ئاشكارىلايمىز ، بەلكىم گرافېنغا ئوپتىكىلىق ئايلانما ئوكۇل ئۇرۇشى مۇمكىن.
سۋېن ئايشلىممان ، ئانتونىيو روسسى ، مارىئانا چاۋېز-سېرۋانتېس ، رازۋان كراۋۇس ، بېنىتو ئارنولدى ، بېنيامىن ستادتمۇللېر ، مارتىن ئايشلىمان ، ستېۋېن فورتتى ، فىلىپپو فاببرى ، كامىلا كولېتتى ، ئىسابېللا گىئېرز
بىز WS2 / گرافېن گېرو قۇرۇلمىسىدا ئۇلترا بىنەپشە نۇر ئايرىشنى ئاشكارىلايمىز ، بەلكىم گرافېنغا ئوپتىكىلىق ئايلانما ئوكۇل ئۇرۇشى مۇمكىن.
© 2020 ئامېرىكا ئىلىم-پەننى ئىلگىرى سۈرۈش جەمئىيىتى. بارلىق ھوقۇق قوغدىلىدۇ. AAAS بولسا HINARI ، AGORA ، OARE ، CHORUS ، CLOCKSS ، CrossRef ۋە COUNTER نىڭ ھەمكارلاشقۇچىسى. ئىلىم-پەن ئىلگىرىلەش ISSN 2375-2548.
يوللانغان ۋاقتى: 5-ئاينىڭ 25-كۈنىدىن 20-كۈنىگىچە