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oe1(光电查) - 科学论文

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  • 二维材料光电子学在信息功能器件应用中的现状与挑战

    摘要： 石墨烯及其衍生的二维材料已被证实具有丰富的独特光电特性，例如宽带光学响应、强且可调的光-物质相互作用，以及在柔性纳米尺度下的快速弛豫。这些材料与光纤、波导、光栅和谐振器等光学平台相结合，近期催生了多种有源和无源应用。本文全面综述了石墨烯、过渡金属二硫化物、黑磷、MXene及其衍生的范德华异质结构的光电特性，随后介绍了这些二维材料基光学结构的实现设计与制备。接着，从激光器到发光器件、频率转换器、调制器、探测器、等离子体发生器及传感器等各类器件被逐一阐述。最后，二维材料基光电子学的前沿研究进展为信息科学与纳米技术实现新概念和高性能应用提供了可行途径，并对发展趋势与重要研究方向提出了展望。

    关键词： 过渡金属二硫化物、光电子学、MXene、范德华异质结构、信息器件、石墨烯、黑磷、二维材料

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 二维过渡金属二硫化物给体-受体双层膜中应变与界面电子效应的理论表征

    摘要： 阿明·斯拉萨伊1，热罗姆·科尔尼尔1,* 电子邮箱：jerome.cornil@umons.ac.be 二维过渡金属硫族化合物双层结构 1新型材料化学实验室，蒙斯大学，比利时BE-7000蒙斯 供体-受体型二维材料及其范德华（vdW）堆叠异质结构是高效（光）电子应用的潜力候选材料。当构建双层结构时，这些vdW材料的性能会受到影响。我们重点研究了基于MoS?的双层结构，包括MoS?/MoS?、WS?/MoS?、MoSe?/MoS?和WSe?/MoS?体系。同时探究了二维过渡金属硫族化合物（TMDs）单层材料的特性以及层间空位对层间相互作用的影响。通过第一性原理计算，我们的主要发现是：在构建堆叠结构时，二维单层材料的性质确实会发生变化，且这种变化由异质结构器件中的界面电子过程所驱动。本研究系统分析了应变效应与界面电子过程对结构和电子特性的影响。

    关键词： 缺陷空位、第一性原理计算、范德华异质结构、电子过程、应变效应

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • ZnFe2O4/石墨烯范德华界面处光激发电子单向迁移的机理研究

    摘要： 基于能带台阶法构建异质结为解决单一光催化剂中光生载流子高复合率问题提供了有效方案。除二元/石墨烯（GR）体系外，多组分/石墨烯（MMO/GR）光催化剂因其独特优势需求日益增长。为合理设计MMO/GR基光催化剂，本研究采用密度泛函理论（DFT）框架下的第一性原理计算，深入探究了ZnFe2O4/石墨烯（ZFO/GR）界面的电子结构演化。研究发现ZFO/GR光催化活性的显著提升主要源于光激发电子从ZFO向GR的单向流动，该过程受ZFO表面态与GR高导电性的协同效应影响。本研究的普适性认知不仅阐明了ZFO/GR光催化剂活性增强的本质，更拓展和深化了对MMO/GR复合材料的理解，为未来MMO/GR基能量转换材料的理性设计提供了依据。

    关键词： ZnFe2O4、石墨烯、范德华异质结构、光催化

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 基于MoS?/SWCNTs网络范德华异质结构的高性能光诱导存储器，具有超快电荷转移特性

    摘要： 具有快速编程/擦除操作的光诱导存储器件对现代通信技术至关重要，尤其适用于高吞吐量数据存储与传输。尽管基于二维材料的光诱导存储器已展现出理想性能，但其编程/擦除速度仍局限在数百微秒量级。本研究展示了一种基于MoS2/单壁碳纳米管（SWCNTs）网络混合维度范德华异质结构的高速光诱导存储器。该异质结构界面处存在本征超快电荷转移过程（MoS2与SWCNTs间转移时间低于50飞秒），从而实现了创纪录的≈32/0.4毫秒编程/擦除速度，超越既往报道水平。此外，得益于独特的器件结构和材料特性，在实现高速编程/擦除操作的同时，该器件还能同步获得高编程/擦除比（≈10^6）、适宜的存储时间（≈10^3秒）、破纪录的探测率（≈10^16琼斯）以及通过简易编程/擦除操作实现的多比特存储能力。其甚至具备作为柔性光电器件的应用潜力。因此，本设计方案为高吞吐量快速数据通信开辟了新途径。

    关键词： 范德华异质结构、编程/擦除性能、光诱导存储器、超快电荷转移

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 中红外光照下中性石墨烯-hBN范德华异质结构中的超长载流子寿命

    摘要： 石墨烯/六方氮化硼（hBN）异质结构是太赫兹波段器件（如基于带间跃迁的发射器和光电探测器）极具前景的活性材料。其性能依赖于较长的载流子寿命。然而在高能状态下，当存在大量非平衡载流子时，石墨烯中的载流子复合过程具有亚皮秒量级的特征时间。近期研究在石墨烯/hBN异质结构中发现了一种新通道——通过发射具有皮秒衰减时间的hBN双曲声子极化激元（HPhP）实现载流子复合。本研究采用中红外光电导测量技术，报道了低密度、低能量光激发载流子在石墨烯/hBN齐纳-克莱因晶体管中约30皮秒的载流子寿命。我们进一步证明：当施加有限偏压和/或红外激发功率引发HPhP弛豫时，载流子寿命可从约30皮秒（归因于带间俄歇过程）缩短至几皮秒。该研究为利用石墨烯/hBN异质结构实现太赫兹激光器、高灵敏度太赫兹光电探测以及声子极化激元光学应用开辟了新途径。

    关键词： 光电探测器、中红外、声子极化激元、范德华异质结构、太赫兹、石墨烯、载流子寿命、六方氮化硼

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 石墨烯/hBN/MoS<sub>2</sub>范德华异质结构中电荷转移与无序对光电响应的相互作用

    摘要： 石墨烯与过渡金属硫族化合物（TMDCs）二元范德华异质结构中展现的强光电响应，为高灵敏度光传感提供了新途径。虽然这种高灵敏度源于光激发载流子层间转移导致的石墨烯光栅效应，但硫族层中本征缺陷（如陷阱态和带隙中间态）的影响尚未深入探究。本研究采用石墨烯/hBN（六方氮化硼）/MoS?（二硫化钼）三层异质结构来解析光栅机制，其中hBN层作为界面势垒调控电荷转移时标。我们发现光响应存在两个新特征：首先，在短时光照下出现早于传统电荷转移负光导的意外正光导分量；其次，在远低于单层MoS?带隙的红外波段（高达1720 nm）呈现强负光响应。通过光导率的时间依赖性与栅压调控研究表明，这些现象可能源于陷阱态的光致充电过程。该三层结构在红外波段的响应度极高（180 K温度、≈?30 V背栅电压及20 mV源漏偏压条件下，1550 nm波长处响应度>10? A/W）。实验证实，光学敏感范德华异质结构中的界面工程，能为理解石墨烯/TMDC异质结构中层间与层内电荷重组过程提供关键依据。

    关键词： 过渡金属二硫化物中的缺陷与无序、单层二硫化钼、光电晶体管、石墨烯、红外光探测、范德华异质结构

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 范德华铁电异质结中栅极耦合实现的稳健滞后效应：用于非易失性存储与可编程整流器

    摘要： 铁电场效应晶体管（FeFETs）是最具潜力的铁电器件之一，但其通常受限于界面质量不佳的问题。新近发现的二维层状铁电材料结合范德华异质结构（vdWHs）的优势，有望制备出具有原子级薄层的高性能FeFETs。本研究采用二硫化钼（MoS2）、六方氮化硼（h-BN）和CuInP2S6（CIPS）构建了双栅控二维铁电vdWHs器件，该器件兼具高性能非易失性存储与可编程整流功能。首次发现插入h-BN层及双栅耦合结构能显著稳定并有效极化铁电相CIPS材料?；诖松杓?，该器件作为非易失性存储器展现出创纪录的性能指标：超大存储窗口、高开关比（10^7）、超低编程态电流（10^-13安培）以及优异的耐久性（10^4秒）。作为可编程整流器时，器件呈现宽范围栅压调控的整流特性，且在编程状态下仍保持高达3×10^5的整流比与稳定的保持特性。这证明了铁电vdWHs在新颖多功能铁电器件领域的重要应用潜力。

    关键词： 非易失性存储器、可编程整流器、铁电材料、双栅耦合、范德华异质结构、二维材料

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 近直接带隙WSe?/ReS? II型pn异质结，用于增强超快光电探测与高性能光伏器件

    摘要： 由层状范德华(vdW)半导体构成的PN异质结已被用于研制整流器、光电探测器和光伏器件。然而，对于高光吸收少层vdW材料中增强光生载流子的直接或近直接异质界面带隙研究仍属空白。本研究首次通过密度泛函理论计算表明：六族过渡金属二硫化物(TMD)WSe2少层与七族ReS2形成的异质界面具有显著(0.7电子伏特)的近直接II型带隙。红外光探测证实了层间红外带隙的存在，显微光致发光测量验证了II型能带排列。少层材料展现出超快响应时间(5微秒)和高响应度(3安培/瓦)，异质重叠区域的光电流生成和响应度提升达10-100倍。0.64伏开路电压和2.6微安短路电流实现了高输出电功率。优异的长期空气稳定性及简便的单接触金属制备工艺，使这种多功能少层WSe2/ReS2异质结构二极管在下一代光电子学领域具有重要技术应用前景。

    关键词： 范德华异质结构、pn异质结、超快光探测、近直接带隙、红外光探测、层间带隙

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 通过范德华异质结构实现准非易失性存储器的对称超快写入与擦除速度

    摘要： 由于易失性存储器与非易失性存储器技术之间存在巨大的时间尺度差异，基于二维材料的准非易失性存储器已成为填补这一空白的有效技术。通过利用二维材料精细的能带结构，研究者报道了一种具有对称超快写入1和擦除0速度及长刷新时间的准非易失性存储器。该器件采用二维半浮栅架构，利用外延p-n结对浮栅进行充放电。得益于电荷从浮栅电极的直接注入或复合，擦除速度大幅提升至纳秒量级。结合超快写入1速度，实现了纳秒量级的对称超快操作，其速度比其他基于二维材料的存储器快约10^6倍。此外，写入1操作后的刷新时间比动态随机存取存储器长219倍。这一性能表明，准非易失性存储器在降低频繁刷新操作导致的功耗方面具有巨大潜力，有望引领下一代高速低功耗存储技术的发展。

    关键词： 对称超快操作、范德华异质结构、准非易失性存储器

    更新于2025-09-23 02:28:17

  • 波导集成的范德华异质结构光电探测器，在电信波长下具有高速和高响应度

    摘要： 由于二维过渡金属硫化物（TMDCs）具有强烈的光-物质相互作用和独特的材料特性，人们投入了大量精力探索基于此类材料的新颖光电器件。特别是兼具高速与高响应度性能的光电探测器，在标准化电信波长下运行的高速数据互联等众多应用领域极具价值。然而TMDCs固有的低载流子迁移率成为高速应用的瓶颈。本研究展示了集成于硅光子平台的高性能垂直范德华异质结光电探测器。我们设计的垂直MoTe?-石墨烯异质结构将TMDCs中的载流子传输路径长度最小化，在-3V中等偏压下实现了至少24GHz的创纪录实测带宽。采用更高偏压或更薄的MoTe?薄片时，带宽可进一步提升至50GHz。同时得益于集成的波导设计，器件在1300nm入射光下实现了0.2 A W?1的高外量子响应度。本研究阐明了性能权衡关系并提出了高速高效器件的设计准则。二维异质结构与集成导波纳米光子学的结合，为研制高性能光电器件（如光电探测器、发光器件和电光调制器）提供了极具前景的技术平台。

    关键词： 过渡金属二硫化物、光电探测器、硅光子学、范德华异质结构、二维材料

    更新于2025-09-19 17:13:59