亚纳米尺度动量相关的量子子弹从 2D 半导体到石墨烯的传递

由原子薄过渡金属硫化物 (TMD) 和石墨烯制成的范德华异质结构已成为光电子器件的构建单元。这类体系同样独特地处于研究界面耦合以及 2D 限制下光生载流子和能量传递的优势位置。近期研究表明，TMD/石墨烯 异质结构表现出高效的光致发射消耗和皮秒级传递。然而，关于传递机制的关键问题仍悬而未决。本文采用分辨率为 1~ps 的时分辨光致发射光谱，对直接耦合到若层“阶梯状”石墨烯薄片的单层 MoSe$_2$ 进行表征，我们一致观察到在低温下约 2.5~ps 的量子子弹传递时间，且对石墨烯层数几乎无显著影响。令人惊讶的是，当 MoSe$_2$ 单层与石墨烯之间夹置由六晶体硼酸酯制成的薄型介质层时，一旦介质层厚度达到 1~nm，量子子弹传递便消失。这些结果表明，电子隧穿过程主导了量子子弹动力学。其他通过偶极相互作用（F"orster 式能量传递）介导的机制对具有近零中心质量动量的明亮量子子弹没有可测量的影响，但可能加速有限动量“热”量子子弹的弛豫，导致光致发射消耗率测得的预期值显著高于实际测得的淬灭程度。我们的工作为理解范德华材料中的能量与电荷传递提供了重要见解，同时对能量收集与能量浓缩具有直接意义。