近期，上海光机所强场激光物理国家重点实验室在石墨烯-PtSe₂异质结的界面电荷转移研究方面取得进展，相关成果以“Hot Carrier Transfer in PtSe₂/Graphene Enabled by the Hot Phonon Bottleneck”为题发表于The Journal of Physical Chemistry Letters上。

二维石墨烯/过渡金属二硫族化物(TMDs)异质结的电荷转移过程使得TMDs的光电转换能力进入更宽的光谱范围，可用于光采集器和光电探测器等应用。

二维PtSe₂/石墨烯异质结THz发射示意图

在这项工作中，研究人员使用超快太赫兹泵浦探测系统和太赫兹发射光谱，研究了二维PtSe₂/石墨烯异质结材料载流子动力学的泵浦流量依赖性。二维PtSe₂/石墨烯异质结光致瞬态THz电导率在低泵浦通量下呈现石墨烯主导的负信号，在高泵浦通量下呈现PtSe₂主导的正信号。当泵浦通量高于80J/cm²时，PtSe₂/石墨烯异质结和PtSe₂之间的太赫兹电导率差大于石墨烯的负太赫兹电导率，这表明PtSe₂/石墨烯异质结的电荷转移过程发生在与泵浦通量较大时的高载流子密度下。此外，PtSe₂/石墨烯异质结的太赫兹电导率色散关系和THz发射光谱进一步证实了电荷转移过程的存在，该过程可以通过石墨烯层的热声子瓶颈效应进行调控。

图1 (a)PtSe₂(b)石墨烯和(c)PtSe₂/石墨烯异质结在1300 nm波长激发下的太赫兹动力学曲线的泵浦依赖关系。(插图:石墨烯电导率峰值处泵浦通量的依赖性)；(d)PtSe₂和(e)石墨烯载流子跃迁示意图。(CB:导带；VB:价带；EF:费米表面)

该工作首次证明了热声子瓶颈效应在直接电荷转移过程中的重要作用，并为主动控制TMDs/石墨烯异质结构中的电荷转移过程提供了一种新方法，这对于基于TMDs/石墨烯异质结光电器件的应用是至关重要的。