石墨烯/$\alpha$-RuCl$_3$异质结构中的纳米尺度横向p-n结

在纳米尺度上制备高质量横向p-n结的能力对于下一代二维（2D）电子和等离激元器件至关重要。利用由石墨烯置于$\alpha$-RuCl$_3$上构成的电荷转移异质结构，我们进行了一项概念验证研究，证明了在石墨烯纳米泡附近存在本征纳米尺度横向p-n结。我们的多管齐下实验方法结合了扫描隧道显微镜（STM）、光谱（STS）和散射型扫描近场光学显微镜（$\textit{s}$-SNOM），以同时探测纳米泡p-n结的电子和光学响应。我们的STM和STS结果表明，在小于3 nm的横向长度尺度上可实现带偏移超过0.6 eV的p-n结，从而产生超过10$^8$ V/m的惊人有效面内场。同步的$\textit{s}$-SNOM测量确认了这些纳米结在等离激元活性介质中的效用，并验证了使用点散射体形式描述表面等离激元极化子（SPPs）的建模方法。模型$\textit{ab initio}$密度泛函理论（DFT）计算证实了我们的实验数据，并揭示了亚埃和数埃衰减过程共同决定了电荷转移对层间距的依赖性。我们的研究为使用如石墨烯/$\alpha$-RuCl$_3$等电荷转移界面来生成p-n纳米结提供了实验和概念基础。