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高性能材料制备与连接方向取得重大研究进展
发布人:黄永宪  发布时间:2016-06-10   浏览次数:57

利用固态电介质调制MoS2/石墨烯异质结构的激子态行为

利用电化学电介质作为栅极调制了MoS2/石墨烯异质结构的光致发光特性,并系统研究了异质结构激子态行为随栅极电压的变化规律。发现MoS2/石墨烯异质结构激子强度以及负激子与中性激子强度比调制范围分别高达20030,激子态位置偏移高达40meV。通过计算MoS2载流子浓度及界面处的接触势垒,发现MoS2载流子浓度的变化与界面处激子的层间弛豫共同决定MoS2/石墨烯的光致发光行为,即在正向偏压下激子的层间弛豫对MoS2/石墨烯光致发光的调制起主要作用;而在负向偏压下,MoS2载流子浓度的变化决定光致发光行为。

此外,通过电场调制WSe2/石墨烯及WSe2/MoS2/石墨烯异质结构的光致发光行为,发现WSe2与石墨烯界面处激子的层间弛豫决定着WSe2/石墨烯异质结构的光致发光调控,而WSe2中载流子浓度的变化起次要作用。此外,WSe2/石墨烯界面处的层间弛豫能力甚至要强于MoS2/石墨烯及WSe2/MoS2界面处的层间弛豫能力。栅极电场使得单层WSe2与石墨烯之间的层间耦合作用增强,导致晶格平衡破坏,相邻晶格离子间的相互作用发生变化,最终使得石墨烯中出现缺陷态。

从范德华异质结构中激子态行为的角度看,一方面,范德华异质结构中潜在的电子结构耦合能改变材料中电子-电子或电子-空穴相互作用,丰富了多体束缚准粒子行为;另一方面,由于范德华异质结构界面处不存在悬键,使得具有非常高质量的界面,因此可以通过调节界面处的内建电场对电荷转移及激子分离等来调制器件的电学及光学性能。该论文首次通过调制范德华异质结电子结构等,包括界面处的电荷转移以及组成单元载流子浓度等,改变异质结构器件的光学行为以及层间耦合作用,并分析了异质结构中影响光学特性的因素,为开发新型范德华异质结构功能器件奠定基础。上述工作发表于材料领域顶级期刊《先进功能材料》(影响因子11.4),位列该期刊20165月热点论文排行榜第5,并被Materials Views China网站置顶报道。