我们通过使用时间和角度分辨光发射光谱(tr-ARPES)，来研究由单层WS₂和石墨烯构成的外延异质结构中的超快电荷转移。这种异质结构结合了以下优势：直隙半导体的强自旋轨道耦合，以及高迁移率和长自旋转寿命的无质量半金属载体的强光-物质相互作用。我们发现，在对WS₂中的A激子进行共振光激发后，光激发的空穴迅速转移到石墨烯层中，而光激发的电子保留在WS2层中。由此产生的电荷分离瞬态生存期约为1 ps。根据高分辨率ARPES，我们将该发现归因于是WS₂和石墨烯带的相对排列散射相空间差异所导致。结合自旋选择性光学激发，研究的WS₂/石墨烯异质结构可能为高效光学自旋注入石墨烯提供一个平台。
  
Fig. 1. WS₂/石墨烯异质结构的平衡带结构和光载流子动力学。
 
 
Fig. 2. 光激发后的瞬时带移。
 
 
Fig. 3. 能量和动量分辨的载流子动力学。
 
 
Fig. 4. 石墨烯层的瞬态空穴密度。
 
 
Fig. 5. 从tr-ARPES数据推导出超快电荷的转移示意图。
 
      相关研究成果于2020年由马克斯·普朗克物质结构和动力学研究所Isabella Gierz课题组，发表在Science Advances(DOI: 10.1126/sciadv.aay0761)上。原文：Direct evidence for efficient ultrafast charge separation in epitaxial WS₂/graphene heterostructures。

摘自《石墨烯杂志》公众号：