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Facile Two-Step van der Waals Epitaxial Growth of Bi2S3/ReS2 Heterostructure with Improved Saturable Absorption
Advanced Materials Interfaces ( IF 4.3 ) Pub Date : 2021-09-21 , DOI: 10.1002/admi.202100913
Chunhui Lu 1 , Mingwei Luo 1 , Dan Yang 1 , Jingyao Ma 1 , Mei Qi 2 , Xinlong Xu 1
Advanced Materials Interfaces ( IF 4.3 ) Pub Date : 2021-09-21 , DOI: 10.1002/admi.202100913
Chunhui Lu 1 , Mingwei Luo 1 , Dan Yang 1 , Jingyao Ma 1 , Mei Qi 2 , Xinlong Xu 1
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2D van der Waals (vdW) heterostructure provides a novel platform to modulate linear and nonlinear optical (NLO) properties for optical devices by interface engineering. However, NLO properties and mechanisms based on vdW heterostructures are far from complete understanding. Herein, two-step vdW vapor epitaxial growth by either physical or chemical vapor deposition methods is successfully demonstrated to synthesize uniform Bi2S3/ReS2 vdW heterostructures in large area. Type-II band-alignment of these heterostructures is confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy combined with the UV–Vis spectra. The enhanced NLO response of Bi2S3/ReS2 films is observed with high saturable absorption coefficient (≈−445 cm GW−1), large modulation depth (≈10.5%), and low saturation intensity (≈105 GW cm−2). Energy level model based on type-II charge transfer process is used successfully to understand the optical physics process at the interface of the vdW heterostructures. Constructing heterostructures with two-step vdW vapor epitaxial growth provides a new method to design high-performance nonlinear photonic devices with 2D materials.
中文翻译:
Bi2S3/ReS2 异质结构的简易两步范德华外延生长和改进的饱和吸收
2D 范德华 (vdW) 异质结构提供了一个新颖的平台,可以通过界面工程来调制光学器件的线性和非线性光学 (NLO) 特性。然而,基于 vdW 异质结构的 NLO 特性和机制还远未完全理解。在此,成功地证明了通过物理或化学气相沉积方法进行的两步 vdW 气相外延生长可以合成大面积均匀的 Bi 2 S 3 /ReS 2 vdW 异质结构。通过 X 射线光电子能谱结合 UV-Vis 光谱证实了这些异质结构的 II 型能带排列。Bi 2 S 3 /ReS 2增强的非线性光学响应观察到具有高饱和吸收系数(≈-445 cm GW -1)、大调制深度(≈10.5%)和低饱和强度(≈105 GW cm -2)的薄膜。基于II型电荷转移过程的能级模型成功地用于理解vdW异质结界面处的光学物理过程。用两步 vdW 气相外延生长构建异质结构提供了一种使用二维材料设计高性能非线性光子器件的新方法。
更新日期:2021-10-22
中文翻译:
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Bi2S3/ReS2 异质结构的简易两步范德华外延生长和改进的饱和吸收
2D 范德华 (vdW) 异质结构提供了一个新颖的平台,可以通过界面工程来调制光学器件的线性和非线性光学 (NLO) 特性。然而,基于 vdW 异质结构的 NLO 特性和机制还远未完全理解。在此,成功地证明了通过物理或化学气相沉积方法进行的两步 vdW 气相外延生长可以合成大面积均匀的 Bi 2 S 3 /ReS 2 vdW 异质结构。通过 X 射线光电子能谱结合 UV-Vis 光谱证实了这些异质结构的 II 型能带排列。Bi 2 S 3 /ReS 2增强的非线性光学响应观察到具有高饱和吸收系数(≈-445 cm GW -1)、大调制深度(≈10.5%)和低饱和强度(≈105 GW cm -2)的薄膜。基于II型电荷转移过程的能级模型成功地用于理解vdW异质结界面处的光学物理过程。用两步 vdW 气相外延生长构建异质结构提供了一种使用二维材料设计高性能非线性光子器件的新方法。