Interfacial Charge Transfer and Defect Engineering in the MoTe2/Graphene Heterostructure for Tailored Carrier Kinetics and Nonlinear Absorption

材料科学 石墨烯 异质结 动力学 吸收(声学) 载流子 电荷(物理) 非线性系统 光电子学 化学工程 纳米技术 化学物理 复合材料 物理 量子力学 工程类
作者
Jiawen Lv,Xingyun Luo,Junting Liu,Bo Zhao,Yao Cheng,Shande Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (40) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adfm.202505740
摘要

Abstract The MoTe 2 and graphene heterostructure exhibits significant potential for ultrafast photonic switching owing to their ultrafast carrier dynamics, superior nonlinear saturable absorption (SA) properties, and scalable synthesis. Interfacial charge transfer (CT) in conjunction with material thickness modulation, plays a critical role in governing carrier dynamics and nonlinear SA properties. However, the underlying physical mechanisms remain largely unexplored. Here, femtosecond transient absorption spectroscopy and density functional theory (DFT) calculations are employed to elucidate that CT from MoTe 2 nanoplates to graphene effectively mitigates the hot‐phonon bottleneck effect in MoTe 2 nanoplates, leading to accelerated carrier recombination and enhanced the nonlinear absorption coefficient, increased from −625 to −1129 cm GW −1 . Moreover, thinner MoTe 2 nanoplates exhibit lower non‐saturable losses, quantified as 1.7% for three‐layer structures compared to 4% for fourteen‐layer counterparts, attributed to the higher defect density in thicker layers, which induces increased scattering losses. Transmission electron microscopy analysis and DFT calculations confirm an elevated density of Mo vacancies in thicker samples. These findings provide key insights into CT and defect‐mediated optical properties, aiding the design of high‐performance ultrafast optical switches.
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