湖南大学潘安练、王笑团队Nature Communication：基于范德华异质结构建实现二维半导体室温近100%自旋极化

图1.PbI₂/WS₂异质结中自旋极化机理和光谱。

a，PbI₂/单层WS₂构成的一型异质结能带及界面载流子传输示意图。光激发产生的电子和空穴都从PbI₂转移到单层WS₂中。右边是厚度为9.2nm的PbI₂/WS₂异质结的光学照片和AFM图像。

b，理论计算的厚度为20层的PbI₂的能带结构。

c，PbI₂层中的圆偏振光激发跃迁的示意图。

d，室温下纯PbI₂的圆偏振光激发PL光谱。

e，由图（d）所示的PL光谱计算出的纯PbI₂的PL极化度ρ。 

f，室温下典型的PbI₂/WS₂异质结的圆偏振PL光谱。

g，由图（f）所示的PL光谱计算出的相应的极化度ρ。所有标尺的长度均为10μm。

图2. PbI₂/WS₂异质结厚度依赖的自旋极化及其机理。

a b，不同厚度的PbI₂/WS₂异质结中PbI₂和WS₂的圆偏振PL光谱。

c，PbI₂的极化度ρ随厚度的变化关系。实线为理论模拟结果。

d e，薄的和厚的PbI₂/WS₂异质结中产生不同自旋极化的示意图。

图3. PbI₂/WS₂异质结自旋极化动力学。

a-c，PbI₂/WS₂异质结圆偏振PL光谱（a）和来自PbI₂ (b)和WS₂ (c)的圆偏振时间分辨荧光光谱（TRPL）数据。

d-e，根据PL和TRPL光谱计算出的相应极化度ρ随波长和时间的关系。

图4. PbI₂/WS₂异质结的温度依赖圆偏振光谱。

a，PbI₂/WS₂异质结在488nm左旋光激发下不同温度的圆偏振PL光谱。

b，PbI₂的PL极化度ρ与温度变化关系。

图5. PbI₂/WSe₂异质结的自旋极化与动力学过程。

a，PbI₂/WSe₂异质结构成的二型能带排列示意图和相应的界面光生载流子行为。

b，9.5nm厚的PbI₂/WSe₂异质结的圆偏振PL光谱，以及相应的极化度ρ随波长的变化关系。

c-e，PbI₂/WSe₂异质结中PbI₂和WSe₂的圆偏振PL光谱(c)和TRPL数据(d，e)，以及从PL和TRPL光谱计算出的相应极化度ρ。

原文链接：

Room temperature near unity spin polarization in 2D Van der Waals heterostructures, Nature Communication,11,4442 （2020）

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