過(guò)渡金屬二硫化物是由III或IV族過(guò)渡金屬與硫族元素組成的材料，具有層狀結(jié)構(gòu)和較弱的層間范德華力。在單層限度下，二維材料由于維度減少和靜電屏蔽作用減弱，產(chǎn)生了一些獨(dú)特的準(zhǔn)粒子，例如激子、三元子和雙激子等。由激子與額外電荷載流子結(jié)合形成的帶電激子，具有較強(qiáng)的結(jié)合能和在光電應(yīng)用中的潛在價(jià)值。
近日，加州大學(xué)圣地亞哥分校的熊偉教授團(tuán)隊(duì)以單層二硫化鉬為研究對(duì)象，通過(guò)瞬態(tài)電子和頻轉(zhuǎn)換 (tr-ESFG) 譜探究了二維MoS?與釕基有機(jī)金屬分子之間形成的電荷轉(zhuǎn)移三元子（CT-三元子）的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。
釕基分子與二維MoS?界面的異質(zhì)結(jié)形成后，二維MoS?的光致發(fā)光（PL）信號(hào)均勻地減少了95%。這表明界面上存在有效的電荷轉(zhuǎn)移。 在二維MoS?中，初始信號(hào)呈負(fù)值，顯示出三元子產(chǎn)生的瞬態(tài)特性，隨后是正信號(hào)，表明存在激發(fā)態(tài)吸收信號(hào)。Ru-MoS?異質(zhì)結(jié)的tr-ESFG光譜呈現(xiàn)持續(xù)的負(fù)信號(hào)，表明CT-三元子的形成，并且由于釕基分子與二維MoS?之間的空穴轉(zhuǎn)移，減少了三元子產(chǎn)生。 通過(guò)全局分析方法，研究了MoS?和Ru-MoS?的tr-ESFG光譜數(shù)據(jù)。在二維MoS?中，三元子形成的時(shí)間常數(shù)約為16.4 ps，隨后激發(fā)態(tài)吸收信號(hào)的衰減壽命約為129 ps。在Ru-MoS?異質(zhì)結(jié)中，CT-三元子的形成時(shí)間約為5.6 ps，隨后其返回基態(tài)的衰減壽命約為90.9 ps顯示出與二維MoS?相比更快的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。 該研究通過(guò)在二維材料表面引入分子，可以精確調(diào)控其電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，并在界面上形成獨(dú)特的電荷轉(zhuǎn)移三元子。與此同時(shí)該研究為分子-二維材料異質(zhì)結(jié)中的多體相互作用提供了新的見(jiàn)解，有助于設(shè)計(jì)和優(yōu)化用于光電子學(xué)和自旋電子學(xué)的器件。 論文信息 Ultrafast Formation of Charge Transfer Trions at Molecular-Functionalized 2D MoS2 Interfaces Yuancheng Jing, Kangkai Liang, Nicole S. Muir, Hao Zhou, Zhehao Li, Joseph M. Palasz, Jonathan Sorbie, Chenglai Wang, Scott K Cushing, Clifford P. Kubiak, Zdeněk Sofer, Shaowei Li, Wei Xiong Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202405123
