马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所Sven Aeschlimann、Isabella Gierz，雷根斯堡大学，意大利理工学院，比萨高等师范学校等通过时间分辨、角分辨光电子能谱（tr-ARPES）对单层WS₂/石墨烯外延异质结结构中超快电子传输过程进行表征，这种异质结结构表现出直接半导体的强自旋轨道耦合，同时展现出非常强的光-物质相互作用，半金属携带的质量较低的载流子展现非常高的迁移率和提高的自旋寿命。作者发现，在光激发作用实现WS₂中的A激子发生谐振时，光激发生成的空穴快速传输到石墨烯层中，同时光激发生成的电子保留在WS₂中，结果导致的电荷/空穴分离态的寿命达到~1 ps。作者认为这种作用由于WS₂和石墨烯之间能带的对齐作用，并通过ARPES验证了该机理。通过结合自旋选择性光激发测试，作者认为这种WS₂/石墨烯符合结构体系为观测石墨烯中的自旋注入过程提供了非常好的平台。

本文要点：

（1）通过tr-ARPES对WS₂/石墨烯复合材料中的超快界面电荷传输过程进行表征，当通过2 eV的光激发WS₂中的A激子的谐振，实现将WS₂中光生空穴快速传输到石墨烯中，这种快速的传输过程空穴传输终态高于电子态。通过自旋选择性光激发过程，能够在电荷传输过程中同时实现自旋传输。这种过程可能应用于新型光自旋量子器件的研制中。

参考文献

Sven Aeschlimann*, Antonio Rossi, Mariana Chávez-Cervantes, Razvan Krause, Benito Arnoldi, Benjamin Stadtmüller, Martin Aeschlimann, Stiven Forti, Filippo Fabbri, Camilla Coletti, Isabella Gierz*

Direct evidence for efficient ultrafast charge separation in epitaxial WS₂/graphene heterostructures，Science Advances 2020, 6(20), eaay0761

DOI：10.1126/sciadv.aay0761

https://advances.sciencemag.org/content/6/20/eaay0761