菱方堆叠 MoS$_2$ 中自发极化诱导的光伏效应
介观与纳米尺度物理
2022-06-29 v1
摘要
范德瓦耳斯材料中的堆叠序决定了原子层间的耦合，因此是材料性质的关键。通过探索不同的堆叠序，人们在人工 vdW 堆叠中实现了许多新颖的物理现象。最近，在零度对齐的 hBN 与石墨烯-hBN 异质结构中观测到了二维铁电性，在一系列电子应用中展现出前景。然而，在这些人工堆叠中，单畴尺寸受堆叠角失配限制约为 0.1 至 1 m，这与大多数光学或光电子应用不兼容。本文表明，菱方相 MoS 可在数 m 尺寸的外延薄片中整体承载均匀的自发极化，由于其为天然晶体无需堆叠，因此不存在失配。利用该均匀极化及其诱导的去极化场（DEP），我们构建了基于石墨烯-MoS 的高效光伏器件。少层 MoS 比大多数基于氧化物的铁电薄膜更薄，这使我们能在原子级薄极限下最大化 DEP 并研究其影响，而公度晶体中可实现的高度均匀极化为放大规模提供了一条可行路径。得益于石墨烯中屏蔽的减弱、激子增强的光-物质相互作用以及 MoS 中超快层间弛豫，我们器件的外部量子效率在室温下高达 16%，比体光伏器件观测到的最高效率高出一个数量级以上。鉴于其他 TMD 中带隙能量的广泛范围，我们的发现使菱方 TMD 成为诸如高速且可编程极性的节能光探测等应用中有前景且多功能的候选者。
引用
@article{arxiv.2203.02138,
title = {Spontaneous Polarization Induced Photovoltaic Effect In Rhombohedrally Stacked MoS$_2$},
author = {Dongyang Yang and Jingda Wu and Benjamin T. Zhou and Jing Liang and Toshiya Ideue and Teri Siu and Kashif Masud Awan and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and Yoshihiro Iwasa and Marcel Franz and Ziliang Ye},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.02138},
year = {2022}
}
备注
20 pages, 6 figures