石墨烯/TMDs/BN范德华异质结构激发态双激子行为及其调制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51902069
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Due to the strong Coulomb interaction, two-dimensional transition metal dichalcogenides (TMDs) exhibit rich excitonic states with large binding energy, during which, biexciton states, comprised of two electrons and two holes, are considered as promising candidates for optoelectronic and quantum applications. Although some progress has been achieved, it is noteworthy that the investigation of biexciton states is still in its infancy, and there are some interesting topics deserves to be studied. For example, how to distinguish the biexciton states with different configurations or components, or reveal the effect of dielectric screening on the biexciton states. The current proposal aims to tune the optical properties of graphene/TMDs/BN heterostructures by means of electrostatic gating and magnetic field, and distinguish the components and valley configurations of biexciton state with high thermal stability, and discuss the formation of biexciton. By changing the thickness of graphene, the effect of dielectric environment of excited-state biexciton will be studied, and the dielectric screening behavior of biexciton will be explained combined with theoretical calculations. The goals of present proposal are to further understand the intrinsic character of excited-state biexciton and the fundamental many-body interactions, and thus provide steps for the constructions of new-concept two-dimensional optoelectronic and photonic devices operating at room temperature.
由于平面内电荷间强的库伦作用,在单层过渡金属硫族化合物(TMDs)中存在丰富的激子态,其中由四粒子组成的双激子态在光电与量子器件应用中起到重要作用。目前,对单层TMDs双激子态的研究还有待进一步完善,例如,揭示不同类型双激子组成、探讨介电屏蔽对双激子的影响等。本项目以石墨烯/TMDs/BN异质结为研究对象,通过光谱技术表征异质结在静电场、磁场调制下的光学性质,准确分辨激发态双激子,揭示激发态双激子的组成、谷组态及热稳定性,探讨双激子形成机制;通过改变石墨烯层数调制异质结介电性质,借助光谱表征异质结激发态双激子行为的变化规律,同时利用第一性原理计算介电环境对激发态双激子的影响,从实验及理论上揭示介电屏蔽对异质结激发态双激子行为的影响规律。通过以上目标的实现,理解范德华异质结激发态双激子行为及其内在的多体粒子相互作用等,为拓展室温下基于多粒子态的新型二维材料光电与光子学器件奠定基础。

结项摘要

范德华异质结界面处的电荷转移显著影响二维材料的物理性质与器件的光电性能等。在本项目中,我们以多种不同类型的异质结构为研究对象(如石墨烯/TMDs、TMD/InSe、InSe/GaSe等),利用光谱技术(光致发光谱、时间分辨光致发光谱)、扫描探针显微技术、电学与光电测量(光电流与扫描光电流显微镜)等手段揭示了异质结构界面处的电荷转移,并利用电场、应变、介电环境等手段对该过程进行了调控。具体研究结果如下:(1)构筑了石墨烯/WS2/BN等异质结构,证实了在高温下(> 330 K)稳定存在的激发态双激子,并利用栅极电场进行了调制;构筑了石墨烯/WS2/MnPSSe异质结构,证实了激子态与磁相互作用(磁振子特性)。(2)构筑了单层MoS2/InSe第一类异质结,利用界面处单层MoS2中光生载流子向InSe转移,显著提升了InSe中光生载流子的浓度,进而使得InSe的发光强度增强了2.5倍;此外,通过栅极静电场、单轴应变及能带工程等手段改变InSe/MoS2界面处的能带排列,显著调制了InSe的光学特性及MoS2/InSe界面处的光生电荷转移效率;构筑了InSe/WSe2异质结构,利用界面处的电荷转移成功实现了WSe2极性的转变,并实现了基于WSe2的平面同质结,并用于光伏器件。(3)构筑了InSe/GaSe异质结构浮栅器件,该器件呈现出大的电滞回线,通态/关态电流比高达106,保持/耐久性能良好,在光照下,该器件表现出极具竞争力的光电检测性能和PPC/NPC特性,更重要的是,基于NPC的多位态可以接近14个状态,最小光脉冲能量约为1 pJ,有助于实现多功能、低功耗的存储器件。.在Advanced Materials、Nano Letters、Small等期刊上发表论文7篇,培养硕士生2人、本科生2人。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Electrochemical Intercalation in Atomically Thin van der Waals Materials for Structural Phase Transition and Device Applications
用于结构相变和器件应用的原子薄范德华材料的电化学插层
  • DOI:
    10.1002/adma.202000581
  • 发表时间:
    2020-07-28
  • 期刊:
    ADVANCED MATERIALS
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Li, Yang;Yan, Hang;Xu, Cheng-Yan
  • 通讯作者:
    Xu, Cheng-Yan
Charge Transfer at the Hetero-Interface of WSe2/InSe Induces Efficient Doping to Achieve Multi-Functional Lateral Homo-Junctions
WSe2/InSe异质界面上的电荷转移诱导有效掺杂以实现多功能横向同质结
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Advanced Electronic Materials
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Bo Xu;Yang Li;Zhao-Yuan Sun;Ze Zhao;Li Yang;Feng Gao;Ping-An Hu;Liang Zhen;Cheng-Yan Xu
  • 通讯作者:
    Cheng-Yan Xu
Tailoring the Energy Funneling across the Interface in InSe/MoS2 Heterostructures by Electrostatic Gating and Strain Engineering
通过静电门控和应变工程定制 InSe/MoS2 异质结构界面上的能量漏斗
  • DOI:
    10.1002/adom.202100438
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Advanced Optical Materials
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Zhao-Yuan Sun;Yang Li;Bo Xu;Hao Chen;Peng Wang;Shou-Xin Zhao;Li Yang;Bo Gao;Xiu-Ming Dou;Bao-Quan Sun;Liang Zhen;Cheng-Yan Xu
  • 通讯作者:
    Cheng-Yan Xu
Few-layer WSe2lateral homo- and hetero-junctions with superior optoelectronic performance by laser manufacturing
通过激光制造具有优异光电性能的少层WSe2横向同质和异质结
  • DOI:
    10.1007/s11431-020-1627-0
  • 发表时间:
    2020-06-30
  • 期刊:
    SCIENCE CHINA-TECHNOLOGICAL SCIENCES
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Li, Yang;Yang, Jian;Xu, ChengYan
  • 通讯作者:
    Xu, ChengYan
Lowering the contact barriers of two-dimensional organic F16CuPc field-effect transistors by introducing van der Waals contacts
通过引入范德华接触降低二维有机F16CuPc场效应晶体管的接触势垒
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Small
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Hang Yan;Yang Li;Jing-Kai Qin;Bo Xu;Ping-An Hu;Liang Zhen;Cheng-Yan Xu
  • 通讯作者:
    Cheng-Yan Xu

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其他文献

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    李想;李想;薄翠梅;薄翠梅;李俊;李俊;张广明;张广明;李洋;李洋;凌祥;凌祥
  • 通讯作者:
    凌祥

其他文献

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李洋的其他基金

二维材料/固态电解质离子电子型器件的界面特性与应用研究
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  • 批准年份:
    2022
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    54 万元
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    面上项目
仿生鳃水下燃料电池机理及设计方法研究
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    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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