Recientemente, bajo la dirección de Meng Sheng, Zhang Jin, estudiante de doctorado en el Laboratorio Estatal Clave de Física de Superficies SF10, Instituto de Física de la Academia China de Ciencias, y el Profesor Efthimios Kaxiras de la Universidad de Harvard, Profesor Liu Kaihui de la Universidad de Pekín y Johannes Lischner del Imperial College de Londres. En colaboración con profesores, se descubrió un nuevo mecanismo de relajación de iones térmicos de interfaz. Estudiaron la interfaz MoS2/WSe2 de la segunda heterounión semiconductora, especialmente su dinámica electrón/hueco después de la fotoexcitación, y analizaron los procesos de relajación del portador y transporte de la interfaz en una escala de tiempo (Figura 1). Las simulaciones de dinámica funcional de densidad dependiente del tiempo de los primeros principios muestran que la escala de tiempo de relajación de los portadores calientes excitados por niveles profundos en sulfuros de metales de transición de una sola capa es del orden de cientos de femtosegundos. En general, se cree que los materiales bidimensionales se apilan mediante interacciones débiles de van der Waals, y la transición electrónica entre capas causada por la interacción de van der Waals debería ser mucho más lenta que el tiempo de relajación electrónica intracapa causado por el enlace de valencia. Sin embargo, los resultados del cálculo de la dinámica electrónica muestran que la transición entre capas (~ 100 fs) de los portadores calientes generados por la fotoexcitación es significativamente más rápida que la relajación intracapa (~ 700 fs), por lo que los portadores calientes tienden a relajarse a través de la transición entre capas. borde (Figura 2). Se trata de un nuevo mecanismo de relajación de electrones calientes/agujeros calientes que nunca antes se había observado. Debería estar ampliamente presente en muchas interfaces de heterounión de materiales bidimensionales e incluso en interfaces de heterounión de semiconductores tradicionales. El mecanismo principal se origina en el mecanismo de transporte de electrones fuertemente acoplado entre capas de heterounión de van der Waals propuesto por el grupo de investigación de Meng Sheng. Este mecanismo de transmisión es muy coherente e incluso rompe las limitaciones de la Regla de Oro de Fermi (adv.sci.4, 1700086 (2017)). Este estudio descubrió un nuevo mecanismo de relajación de electrones calientes y estableció una imagen microscópica de las interacciones entre capas y la dinámica electrónica en las heterouniones de sulfuros de metales de transición, lo que proporciona información importante para el futuro diseño y optimización del rendimiento de las heterouniones multicapa de van der Waals. Los principales resultados de la investigación fueron publicados en Nano Letters 18, 6057-6063 (2018).
Este trabajo de investigación fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (Aprobación de Proyecto No. 11774396, 1474328 y 51522201) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología (Aprobación de Proyecto No. 2016YFA0300903)
Figura 1. Diferentes procesos de relajación de portadores fotogenerados en heterouniones de materiales bidimensionales.
Figura 2. Comparación de procesos de electrones calientes en heterouniones de materiales bidimensionales con diferentes caminos después de la excitación de la luz.
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