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中國科學院上海光學精密機械研究所Zeyu Zhang、Juan Du和Yuxin Leng課題組--通過熱聲子瓶頸實現PtSe2/石墨烯中的熱載流子轉移
        二維(2D)石墨烯/過渡金屬二硫族化物(TMDs)異質結構的電荷轉移(CT)過程使得TMDs的光電轉換能力進入更寬的光譜范圍,用于光采集器和光電探測器應用。然而,對石墨烯/ TMDs異質結構中熱載流子輸運的直接原位研究很少報道。在此,使用光泵浦和太赫茲(THz)探針(OPTP)光譜,在PtSe2/石墨烯(P/G)異質結構中從石墨烯到五層PtSe2的CT過程被證明與泵浦能流相關,這是由石墨烯中的熱聲子瓶頸(HPB)效應實現的。此外,P/G異質結構的頻散電導率和THz發射光譜證實了層間CT的存在及其依賴于泵浦流量的行為。我們的結果為P/G范德華界面的CT機制提供了深入的物理見解,這對進一步探索基于P/G異質結構的光電器件至關重要。 
 
圖1. (a) PtSe2,(b)石墨烯和(c)1300nm 波長的 P/G 異質結構(實心曲線用單指數函數擬合)的光泵浦-THz 探針延遲的函數與泵浦內光電效應相關的 THz 波長(Δσ)。(插圖)石墨烯電導率峰值的泵浦通量的依賴性。(d) PtSe2和(e)石墨烯中載流子躍遷的示意圖(CB,導帶; VB,價帶; 和 EF,費米表面)。 
 
圖2. (a)光激發 THz 電導率的峰值和(c) PtSe2,石墨烯和 P/G 異質結構的載流子弛豫時間,分別作為從圖1提取的波長為1300nm 的泵浦通量的函數。(b)光激發 THz 電導率的峰值和(d) PtSe2,石墨烯和 P/G 異質結構的載流子弛豫時間。 
圖3. (a)分別在1300 nm(紅色)和650 nm(藍色)激發下石墨烯和P/G異質結構的CT進程的泵浦流量依賴性。(b)熱電子從石墨烯穿過界面勢壘并注入PtSe2層的示意圖(實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(實心)的延遲時間下,P/G異質結構在1300 nm激發下的光致電導率的DS模型擬合(圓圈和正方形分別表示THz電導率的實部和虛部;實線表示復電導率的DS模型擬合曲線;箭頭表示散射率γs。

 
5. P/G異質結構的載流子密度相關的(a)背散射參數c和(b)電子動量散射時間τ,分別在1300 nm激發的0和2 ps的延遲時間。

 
圖6. (a)PtSe2和(b) P/G異質結構在650 nm波長不同泵浦能量密度下輻射的太赫茲脈沖電場強度。
  
          相關科研成果由中國科學院上海光學精密機械研究所Zeyu Zhang、Juan Du和Yuxin Leng等人于2022年發表在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。

轉自《石墨烯研究》公眾號
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