SLAC国家加速器实验室Xijie Wang和斯坦福大学--二硫化钼-石墨烯范德华异质结构中扭转角相关的超快电荷转移

垂直堆叠的过渡金属二卤系-石墨烯异质结构提供了一个新型的光电应用平台，显示出高的光响应速度。这些异质结构中的光诱导非平衡载流子和晶格动力学是应用的基础，但对此我们还没有深刻的认识。特别是，这些光响应对扭转角(一个关键的调谐参数)的依赖性仍然是模糊的。这里，利用超快电子衍射，同时观察到不同堆积构型的MoS2-石墨烯异质结构中的电荷转移和电子-声子耦合。研究发现，从MoS2到石墨烯的电荷转移时间尺度随着扭曲角度的变化而变化，扭曲角度越小，转移速度越快，异质结构的弛豫时间尺度明显小于单层结构。这些发现表明，扭转角构成了异质双层膜层间电荷转移的额外调谐旋钮，并加深了我们对异质结构中基本光物理过程的理解，对未来在光电子学和光捕获方面具有重要的意义。

Figure 1.TMD-石墨烯异质结构中的基本光物理过程。(a)两种不同的电子和晶格系统之间的耦合示意图。(b)实验方法示意图。(c)扭转角为θ的异质结构俯视图。Mo、S和C原子分别呈现为紫色、黄色和绿色的球体。(d)模拟15° MoS2-石墨烯异质结构的衍射图。

Figure 2. MoS2和石墨烯的超快动力学。(a) MoS2-石墨烯异质结构的典型UED衍射图。(b)时间分辨衍射强度变化。(c) MoS2异质结构的扭转角相关的弛豫时间和振幅，由单指数衰减函数拟合。(d)石墨烯在异质结构中的超快响应曲线。实线是双指数衰减函数的拟合。阴影部分是误差条，表示测量值的标准偏差。

Figure 3．扭转角相关的超快光响应。(a) 扭转角相关的振幅变化。(b)异质结构中MoS2的时间常数与扭转角的函数关系。虚线表示纯单分子层MoS2的e-p耦合时间，比HSs的MoS2慢得多。(c)从MoS2到石墨烯的CT时间常数与扭角的关系。

该研究工作由SLAC国家加速器实验室Xijie Wang和斯坦福大学Aaron M. Lindenberg课题组于2021年发表在Nano Letters期刊上。原文：Twist-Angle-Dependent Ultrafast Charge Transfer in MoS2‑Graphene van der Waals Heterostructures。