Selective Interfacial Excited‐State Carrier Dynamics and Efficient Charge Separation in Borophene‐Based Heterostructures

硼酚 异质结 材料科学 半导体 光电子学 肖特基二极管 载流子 肖特基势垒 纳米技术 化学物理 石墨烯 物理 二极管
作者
Yuchong Kang,Kun Yang,Jing Fu,Zongguo Wang,Xuao Li,Zhiqiang Lu,Jia Zhang,Haibo Li,Jin Zhang,Wei Ma
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (5) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adma.202307591
摘要

Abstract Borophene‐based van der Waals heterostructures have demonstrated enormous potential in the realm of optoelectronic and photovoltaic devices, which has sparked a wide range of interest. However, a thorough understanding of the microscopic excited‐state electronic dynamics at interfaces is lacking, which is essential for determining the macroscopic optoelectronic and photovoltaic performance of borophene‐based devices. In this study, photoexcited carrier dynamics of β 12 , χ 3 , and α ΄ borophene/MoS 2 heterostructures are systematically studied based on time‐domain nonadiabatic molecular dynamics simulations. Different Schottky contacts are found in borophene/semiconductor heterostructures. The interplay between Schottky barriers, electronic coupling, and the involvement of different phonon modes collectively contribute to the unique carrier dynamics in borophene‐based heterostructures. The diverse borophene allotropes within the heterostructures exhibit distinct and selective carrier transfer behaviors on an ultrafast timescale: electrons tunnel into α ΄ borophene with an ultrafast transfer rate (≈29 fs) in α ΄/MoS 2 heterostructures, whereas β 12 borophene only allows holes to migrate with a lifetime of 176 fs. The feature enables efficient charge separation and offers promising avenues for applications in optoelectronic and photovoltaic devices. This study provides insight into the interfacial carrier dynamics in borophene‐based heterostructures, which is helpful in further design of advanced 2D boron‐based optoelectronic and photovoltaic devices.
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