2D材料豐富3D世界——二硫化鉬

材料牛注：在材料領域，石墨烯的大名可是如雷貫耳的。自從二維材料面世以來，掀起了一股研究的浪潮。二硫化鉬也是一種二維材料，研究人員通過將有機半導體和二硫化鉬復合制造光電子器件，極大的增大了光吸收強度，且電荷轉移速度超快。可以說，2D材料極大的豐富了我們的世界，給我們的生活帶來了很大的便利。

在過去十年中，二維（2D）材料獲得了越來越多科學家的關注。2D材料僅具有單個或少數原子層厚度，可由不同元素或其組合而成。自從Andre Geim和Konstantin Novoselov首次使用石墨塊和普通膠帶發現了2D材料石墨烯并因此獲得諾貝爾獎后，科學家們對2D材料給予了極大的關注。石墨烯超級輕，但是強度極高，約為鋼的200倍，且是一個極好的導體。科學家們發現石墨烯具有比塊狀石墨更優異的性能，所以他們決定研究其他2D材料觀察其性能提高是否具有普適性。

羅格斯大學的畢業生Christopher Petoukhoff目前在日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）的飛秒光譜部門研究二維材料二硫化鉬（MoS2）。他的研究集中在2D材料的光電子應用，或材料如何檢測和吸收光方面。光電子在當今世界中是普遍存在的，從自動門和干手器中的光電檢測器，到太陽能電池，到LED燈，但是任何站在自動水槽前面的人都會毫不猶豫地揮揮雙手來讓它工作這一點將告訴你，光電子應用還有很大的改進余地。 2D MoS2對于在光電檢測器中使用特別有意義，因為其能夠吸收與當前使用的50nm硅襯底相同量的光，但是厚度薄了70倍。

Petoukhoff在Keshav Dani教授的指導下，嘗試通過向有機半導體中添加二維MoS2層來改善光電子器件，使其具有與MoS2類似的吸收強度。理論表明MoS2層和有機半導體之間的相互作用能導致有效的電荷轉移。Petoukhoff的研究發表在ACS Nano，首次證明這兩層之間的電荷轉移發生在超快速時間量級，小于100飛秒，或百萬分之一的千萬分之一秒。

然而，這些材料的薄度成為其作為光伏或光能轉換裝置的效率的限制因素。光吸收裝置，例如太陽能電池和光電探測器，需要一定量的光學厚度，以便吸收光子，而不允許光子透過器件。為了克服這一點，來自飛秒光譜部門的研究人員向有機半導體-MoS2雜化體系添加了一系列銀納米顆粒或等離子體超材料表面，用以將器件中的光聚焦和定位。添加的超材料表面增加了材料的光學厚度，同時利用了超薄有源層的獨特性能，從而增加了總的光吸收量。

雖然這項研究仍處于起步階段，但它對未來的影響是巨大的。光電子器件與2D材料的復合具有革命性的市場潛力。常規的光電子器件制造昂貴，并且通常由稀有或有毒元素（例如銦或砷）制成。有機半導體制造成本低，并且由來源豐富且無毒的元素制成。這項研究可以潛在地提高光電子的成本和效率，有望在未來生產出更好的產品。

原文鏈接：2-D Materials Enhance a 3-D World.

文獻鏈接：Ultrafast Charge Transfer and Enhanced Absorption in MoS2–Organic van der Waals Heterojunctions Using Plasmonic Metasurfaces.

本文由編輯部丁菲菲提供素材，應豆編譯，點我加入材料人編輯部。

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