日前，国家同步辐射实验室红外线站戚泽明副研究员，与美国Kansas大学物理系超快激光实验室赵辉教授课题组紧密合作，利用超快激光泵浦探测技术，在Van der Waals同质结层间载流子传递的动力学研究方面取得重要进展。相关研究成果发表于Nano Letters （2017）（DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b02608）杂志上，论文第一作者为国家同步辐射实验室博士生李元元。
近年来， Van der Waals多层结构一直是二维材料研究的一大热点。 通过将不同二维材料组成多层结构可产生新的奇异性质，有望于设计出新材料和器件。在二维多层结构中，层间的相互作用特别是电荷的相互作用显著地影响其性能，成为材料和器件设计的关键因素。对于由不同种类二维材料组成的异质结，其层间载流子传递的动力学过程已经有比较深入的研究。但是对于由两种相同二维材料组成的同质结，相应的研究的还很少。原因之一是由于在研究动力学过程的时间分辨实验中，需要将激光能量调节到Van der Waals多层中特定层的共振能量上，实现对该层的选择激发和探测。这对不同二维材料组成的异质结通常是可行的，但对于由相同二维材料组成的同质结，由于各层具有相同的共振能量，实验上是一个挑战。
为了解析这一动力学过程，合作团队巧妙设计和构筑了TMD/TMD/Graphene三层结构，借助Graphene作为载流子快速收集通道，利用超快激光泵浦探测技术系统地研究了同质结间的载流子传递过程。研究结果表明MoSe2/MoSe2, WS2/WS2层间电子的传递发生在皮秒量级，WSe2/WSe2层间电子的传递发生在亚皮秒量级。这种同质结构可以有效增强光吸收而不明显影响层间的输运性质。该研究结果为深入的理解和解释van der Waals 异质/同质结层间载流子动力学过程开辟了路径。
该研究工作得到了国家自然科学基金、合肥大科学中心、国家留学基金的项目支持。
