研究揭示衬底调控二维材料光行为的载流子动力学机制

    衬底作为二维材料紧密接触的支撑结构，其邻近掺杂效应可显著调控二维材料光学特性。因此，探讨衬底调控的内在机理，可为按需定制高性能光电器件提供关键手段。

    近期，中国科学院上海光学精密机械研究所研究员王俊团队在衬底调控二维材料光学与载流子动力学行为研究方面取得进展。相关研究成果以Proximity Doping in Monolayer MoS₂: Multimodal Insights into Optical Modulation and Ultrafast Carrier Dynamic为题，发表在《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）上。

研究人员利用光致发光、拉曼光谱及吸收光谱等技术证实，邻近掺杂效应使转移在云母（Mica）、蓝宝石、FTO及ITO衬底上的单层MoS₂光学行为呈现显著差异，且其荧光特性由传统激子主导转变为负电荷激子主导。同时，研究将瞬态吸收光谱与荧光寿命成像显微镜技术相结合，表明邻近掺杂效应直接调控MoS₂中载流子生成与复合动力学过程。研究显示，ITO衬底上的MoS₂表现出显著的载流子寿命和荧光寿命缩短，其原因在于随着载流子密度增加，材料中的缺陷捕获电荷可能性增加，且被捕获的载流子能保持更长时间，减少它们对电荷传输贡献并增加复合可能性，进而使载流子寿命缩短。进一步，研究人员基于计算得到的载流子密度，并结合速率方程建立了理论模型。该模型与实验数据高度吻合，为调控机制提供了理论支撑。

这一研究揭示了衬底对二维材料光电性质的调控机理，为设计并优化高性能二维材料光电器件开辟了新途径。

论文链接

单层MoS₂在不同衬底上的荧光特性、荧光寿命成像实验结果及瞬态吸收实验与模型结果