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范德华异质结构中的超快动力学

DOI：10.1038/s41565-018-0298-5 期刊：Nature Nanotechnology 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 范德瓦尔斯异质结构是由原子级厚度的二维（2D）层状材料堆叠而成的合成量子材料。由于这些原子薄层中的电子会受到层间耦合的影响，其特性不仅取决于组成单层，还受层间相互作用制约。近年来，不同类型的范德瓦尔斯异质结构已展现出诸多引人注目的电学、光学和磁学特性。本综述重点探讨过渡金属硫族化合物（TMDC）异质结构中独特的激发态动力学。作为研究最广泛的二维半导体，TMDC单层具有显著的激子态和谷自由度可调控性。许多TMDC异质结构具有交错能带排列特征，这种能带排列对异质结构中激发态的演化产生深远影响，包括层间超快电荷转移、层间激子形成以及驻留载流子中长期存在的自旋与谷极化现象。本文综述了从飞秒到微秒时间尺度阐明TMDC异质结构电子动力学的最新实验与理论研究，并评述这些效应对光电器件、谷电子器件和自旋电子器件潜在应用的相关性。
作者： Chenhao Jin，Eric Yue Ma，Ouri Karni，Emma C. Regan，Feng Wang，Tony F. Heinz
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研究概述 实验方案

研究目的

研究过渡金属二硫化物（TMDC）异质结构中独特的激发态动力学，重点关注超快电荷转移、层间激子的形成以及驻留载流子中长期存在的自旋和谷极化现象。

研究成果

该综述强调了理解范德华异质结构中激发态的快速进展，特别是在过渡金属二硫化物（TMDC）异质结构中，由于交错能带排列而涌现出独特的动力学现象。超快电荷转移、层间激子的形成以及驻留载流子中长期存在的自旋和谷极化，为光电器件、谷电子器件和自旋电子器件的应用带来了前景。然而，关于电荷转移机制以及自旋和谷动力学的许多关键问题仍有待解决，这表明需要进一步的理论和实验研究。

研究不足

该研究的局限性在于当前对TMDC异质结构中电荷转移过程及自旋与谷弛豫动力学的基础机制理解不足。电子-空穴间的库仑相互作用、介电环境的影响以及缺陷、边缘和晶界效应尚未得到充分考虑。此外，光学测量的时间与空间分辨率可能对层间形成的莫尔图案进行平均化处理，从而可能掩盖预测的电荷转移时间趋势。

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