2023年10月5日，J. Am. Chem. Soc.在线发表了
北京师范大学
龙闰教授
课题组的研究论文，题目为《
Twist Angle-Dependent Intervalley Charge Carrier Transfer and Recombination in Bilayer WS2
》。
层状二维（2D）材料由于其独特的电子、光学和力学性能，近年来引起了人们的极大关注。过渡金属硫族化合物（TMDs），特别是其异质结和同质结，作为石墨烯的半导体替代品
得到了广泛的研究
。层之间的范德华（vdW）相互作用需要界面工程来设计基于二维材料的光电器件，从而实现器件性能的微调。范德华结的转角为各种应用提供了调节其光电特性的手柄，并且需要全面了解转角如何调制电子结构、层间耦合和载流子动力学。
在此研究中，作者采用含时密度泛函理论（TD-DFT）和非绝热分子动力学（NAMD）来阐明
双层W
S
2
中角
度依赖的谷间载流子转移和复合。
转角构型中S原子之间的排斥削弱了层间耦合，增加了层间距离，并软化了层呼吸模式
。转角对K谷的影响很小，但它降低了Γ谷并升高了Q谷，因为它们的波函数在层间是离域的。因此，
K和Γ谷之间的带隙减小加速了转角结构中的空穴转移，
谷间电子转移比空穴转移快近一个数量级
。K比Q值更局
域化
的波函数和更大的带隙导致谷间复合的非绝热耦合更小，使其在转角结构中比高对称结构慢3-4倍。
B
2g
呼吸
模式
、E
2g
面内
模式
和A
1g
面外模式在谷间载流子转移和复合时最活跃
。转角结中更快的谷间转移和延长的载流子寿命有利于光电器件的性能。
图1
具有
0°、21.79°、38.21°和60°
转角双层W
S
2
的原子结构
图2
(a) 0°、21.79°、38.21°和60°堆垛层间距的演化；(b) 傅里叶变换得到的对应谱密度
图3
0°、21.79°、38.21°和60°
体系
的K、Γ和Q谷处的电荷密度
图4
0°、21.79°、38.21°和60°
体系
的吸收谱
图6
谷间载流子复合
Zhu, Y., Prezhdo, O.V., Long, R. et al.
Twist Angle-Dependent Intervalley Charge Carrier Transfer and Recombination in Bilayer W
S
2
.
J. Am. Chem. Soc.
,
2023
. https://doi.org/10.1021/jacs.3c09170
【其他相关文献】
[1]
Zhu, Y., Fang, W., Rubio, A. et al. The twist angle has weak influence on charge separation and strong influence on recombination in the Mo
S
2
/W
S
2
bilayer: ab initio quantum dynamics.
J. Mater. Chem. A
,
2022
, 10, 8324–8333. https://doi.org/10.1039/D1TA10788G
[2]
Li, L., Long, R. & Prezhdo, O.V. Charge Separation and Recombination in Two-Dimensional Mo
S
2
/W
S
2
: Time-Domain ab Initio Modeling.
Chem. Mater.
,
2017
, 29, 2466–2473. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.6b03727
[3]
Zhang, J., Hong, H., Lian, C. et al. Interlayer-State-Coupling Dependent Ultrafast Charge Transfer in Mo
S
2
/W
S
2
Bilayers.
Adv. Sci
.,
2017
, 4, 1700086
. https://doi.org/10.1002/advs.201700086
[4]
Zheng, Q., Xie, Y., Lan, Z. et al. Phonon-coupled ultrafast interlayer charge oscillation at van der Waals heterostructure interfaces.
Phys. Rev. B
,
2018
, 97, 205417
. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.205417
(纯计算)北京师范大学龙闰团队J. Am. Chem. Soc.: 钙钛矿中快速的层间电荷分离和延长的载流子寿命
(纯计算)北京师范大学龙闰团队J. Am. Chem. Soc.: 核量子效应延长杂化钙钛矿中的载流子寿命
