Ultrafast Charge and Exciton Diffusion in Monolayer Films of 9‐Armchair Graphene Nanoribbons

材料科学 石墨烯纳米带 石墨烯 激子 皮秒 化学物理 纳米技术 单层 光激发 载流子 扩散 凝聚态物理 光电子学 光学 原子物理学 热力学 激光器 物理 激发态
作者
Sebin Varghese,Jake D. Mehew,Hai I. Wang,Michael Wuttke,Yazhou Zhou,K. Müllen,Akimitsu Narita,Aron W. Cummings,Klaas‐Jan Tielrooij
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202407796
摘要

Abstract Determining the electronic transport properties of graphene nanoribbons is crucial for assessing their suitability for applications. So far, this has been highly challenging both through experimental and theoretical approaches. This is particularly the case for graphene nanoribbons that are prepared by chemical vapor deposition, which is a scalable and industry‐compatible bottom‐up growth method that results in closely packed arrays of ribbons with relatively short lengths of a few tens of nanometers. In this study, the experimental technique of spatiotemporal microscopy is applied to study monolayer films of 9‐armchair graphene nanoribbons prepared using this growth method, and combined with linear‐scaling quantum transport calculations of arrays of thousands of nanoribbons. Both approaches directly resolve electronic spreading in space and time through diffusion and give an initial diffusivity approaching 200 cm 2 s −1 during the first picosecond after photoexcitation. This corresponds to a mobility up to 550 cm 2 V −1 s −1 . The quasi‐free carriers then form excitons, which spread with a diffusivity of tens of cm 2 s −1 . The results indicate that this relatively large charge carrier mobility is the result of electronic transport not being hindered by defects nor inter‐ribbon hopping. This confirms their suitability for applications that require efficient electronic transport.
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