【国内论文】Ga₂O₃/MoS₂ 纳米异质结构的电子转移机制和非线性光学特性： 对光电器件的影响

        操纵和优化MoS₂的界面和能带工程路径，以实现出色的非线性吸收和动力学对于未来的二维半导体光电子器件技术至关重要。然而，MoS₂在许多光学器件中的应用受到电子转移和载流子调控的严重限制。本文采用Ga₂O₃与MoS₂的组合设计来解决MoS₂材料的窄吸收带范围和低有效光电转移问题。通过两步水热/磁控溅射法制备了一种类型I能带排列的Ga₂O₃/ MoS₂（GMS）纳米异质结构。讨论了实验参数对样品结构特征的依赖性。拉曼光谱和X射线光电子能谱（XPS）分析表明了MoS₂和Ga₂O₃之间的电子转移。X射线光电子能谱（XPS）和光致发光（PL）表征结果进一步表明MoS₂的价带边缘和导带边缘位于Ga₂O₃的带隙内，形成了I型GMS纳米异质结构。光致发光和紫外吸收结果表明，从Ga₂O₃到MoS₂的电子转移增强了MoS₂的电子-空穴复合。Z扫描结果显示，GMS纳米异质结构的非线性吸收从饱和吸收变为逆向饱和吸收。GMS纳米异质结构的非线性吸收性能归因于基态吸收和激发态吸收之间的竞争。瞬态吸收测量证实了GMS纳米异质结构的超快速、快速和慢速载流子过程是由于激发态和导带底部中电子的重新分布，从激发态到缺陷态的电子弛豫，以及带间弛豫的三个过程。该研究对具有丰富带隙和界面电荷转移工程的MoS₂和Ga₂O₃纳米异质结构以及获取高效电荷转移光电功能材料具有一定影响，这些材料有望改善光子器件中的非线性光学性能和光电应用。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsanm.4c00328