研究目的
利用扫描探针显微镜技术探测垂直范德华p-n结中的层间激子。
研究成果
该研究成功展示了由硒化镓(GaSe)和二硫化钼(MoS2)构成的二维p-n结中二极管整流效应与光伏效应，其低于带隙的光生电流归因于层间激子。光致发光测量证实了1.48电子伏特处的新特征峰，785纳米激发下的光电流成像验证了激子解离过程。密度泛函理论计算支持层间激子形成与电荷转移机制。这项工作为利用范德华异质结和层间激子开发二维光电器件奠定了基础。
研究不足
这些异质结构通过机械剥离法制备，该方法可能在界面处引入点缺陷，这些缺陷可作为载流子的陷阱态，从而可能限制光电流的产生。密度泛函理论（DFT）计算是近似方法，未充分考虑准粒子修正和激子形成效应，这可能影响计算精度。实验中层间旋转角度未受控，导致层间激子特性存在差异。虽然尽量减少暴露，但GaSe在空气中可能发生轻微氧化，从而改变界面性质。
1：实验设计与方法选择：
本研究通过机械剥离法在HOPG基底上制备双层n型MoS2与少层p型GaSe构成的垂直p-n结。采用自主设计的镀金探针作为顶电极，使用电流传感原子力显微镜（CSAFM）进行电学表征，并辅以密度泛函理论（DFT）计算验证实验结果。
2：样品选择与数据来源：
样品包括从美国2D半导体公司购买的块体MoS2晶体及布里奇曼法制备的ε-GaSe晶体。异质结构通过自主搭建的压印机进行机械剥离制备。
3：实验设备与材料清单：
设备包含自主搭建的压印机、HORIBA公司Xplora拉曼光谱仪、AIST-NT扫描探针显微镜、自主设计镀金探针及激发光源（532nm/638nm/785nm激光器）。材料包括MoS2、GaSe、HOPG基底及用于探针刻蚀的KBr溶液。
4：GaSe、HOPG基底及用于探针刻蚀的KBr溶液。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：依次进行薄片剥离、拉曼光谱与原子力显微镜表征确认厚度、暗场及光照条件下的I-V测试、光致发光测量，以及利用CSAFM绘制光电流分布图。DFT计算采用QuantumEspresso软件包完成。
5：数据分析方法：
包括采用Voigt函数拟合拉曼光谱、测定光伏参数（短路电流/开路电压/填充因子），以及分析DFT计算的电子结构与电荷转移结果。
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Raman spectrometer
Xplora
HORIBA
Used for Raman spectroscopy to identify materials and confirm thickness of flakes.
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Scanning probe microscope
AIST-NT
AIST-NT
Used for atomic force microscopy (AFM) in tapping mode and current sensing atomic force microscopy (CSAFM) for topography and current mapping.
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Au tip
home-built
Used as top contact for electrical characterization in CSAFM mode.
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MoS2 crystal
bulk
2D semiconductors
Source material for n-type bilayer MoS2 in the heterostructure.
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GaSe crystal
?-GaSe
Source material for p-type few-layer GaSe in the heterostructure, prepared by Bridgman method.
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HOPG substrate
highly ordered pyrolytic graphite
Serves as bottom contact for the electrical characterization of the heterostructure.
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Laser
Used for excitation in Raman, photoluminescence, and photocurrent measurements.
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