Tunable Ultrafast Charge Transfer across Homojunction Interface

同质结 化学 化学物理 氮化硼 载流子 双层 凝聚态物理 纳米技术 光电子学 异质结 生物化学 物理 材料科学
作者
Zhi-Guo Tao,Shihan Deng,Oleg V. Prezhdo,Hongjun Xiang,Weibin Chu,Xingao Gong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (34): 24016-24023 被引量:6
标识
DOI:10.1021/jacs.4c07454
摘要

Charge transfer at heterojunction interfaces is a fundamental process that plays a crucial role in modern electronic and photonic devices. The essence of such charge transfer lies in the band offset, making charge transfer uncommon in a homojunction. Recently, sliding ferroelectricity has been proposed and confirmed in two-dimensional van der Waals stacked materials such as bilayer boron nitride. During the sliding of these layers, the band alignment shifts, creating conditions for charge separation at the interface. We employ ab initio nonadiabatic molecular dynamics simulations to elucidate the excited state carrier dynamics in bilayer boron pnictides. We propose that, akin to ferroelectric polarization flipping, the precise modulation of the distribution of excited state carriers can also be reached by sliding. Our results demonstrate that sliding induces a reversal of the frontier orbital distribution on the upper and lower layers, facilitating a robust interlayer carrier transfer. Notably, the interlayer carrier transfer is more pronounced in boron phosphide than in boron nitride, attributed to strong electron scattering in momentum space in boron nitride. We propose this novel method to manipulate carrier distribution and dynamics in a homojunction exhibiting sliding ferroelectricity, in general, paving a new way for developing advanced electronic and photonic devices.
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