Nature of the carrier dynamics and contrast formation on the photoactive material surfaces: Insight from ultrafast imaging to DFT calculations

材料科学 超短脉冲 激发态 载流子 光电子学 半导体 纳米技术 化学物理 光学 化学 原子物理学 物理 激光器
作者
Sarvarkhodzha Nematulloev,Razan Nughays,Saidkhodzha Nematulloev,Simil Thomas,Dipti R. Naphade,Thomas D. Anthopoulos,Osman M. Bakr,Husam N. Alshareef,Omar F. Mohammed
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:161 (23)
标识
DOI:10.1063/5.0232253
摘要

Precise material design and surface engineering play a crucial role in enhancing the performance of optoelectronic devices. These efforts are undertaken to particularly control the optoelectronic properties and regulate charge carrier dynamics at the surface and interface. In this study, we used ultrafast scanning electron microscopy (USEM), which is a powerful and highly sensitive surface tool that provides unique information about the photoactive charge dynamics of material surfaces selectively and spontaneously in real time and space in high spatial and temporal resolution. Here, time-resolved images of CdTe (110), CdSe (100), GaAs (110), and other semiconductors revealed that the presence of oxide layers on the surface of materials leads to an increase in the work function (WF) and trap state densities upon optical excitation, leading to the formation of dark image contrast in USEM experiments. These findings were further supported by ab initio calculations, which confirmed the reliability of the observed changes in the excited surface WFs. Besides enhancing our understanding of surface charge dynamics, it also offers valuable insights into manipulating these properties. This study paves the way for precise control and the potential to design highly efficient light-harvesting devices.

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