Picosecond photoresponse in van der Waals heterostructures

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作者
Mathieu Massicotte,Peter Schmidt,Fabien Vialla,Kevin G. Schädler,Antoine Reserbat‐Plantey,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Klaas‐Jan Tielrooij,Frank H. L. Koppens
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1): 42-46 被引量:593
标识
DOI:10.1038/nnano.2015.227
摘要

Two-dimensional crystals such as graphene and transition-metal dichalcogenides demonstrate a range of unique and complementary optoelectronic properties. Assembling different two-dimensional materials in vertical heterostructures enables the combination of these properties in one device, thus creating multifunctional optoelectronic systems with superior performance. Here, we demonstrate that graphene/WSe2/graphene heterostructures ally the high photodetection efficiency of transition-metal dichalcogenides with a picosecond photoresponse comparable to that of graphene, thereby optimizing both speed and efficiency in a single photodetector. We follow the extraction of photoexcited carriers in these devices using time-resolved photocurrent measurements and demonstrate a photoresponse time as short as 5.5 ps, which we tune by applying a bias and by varying the transition-metal dichalcogenide layer thickness. Our study provides direct insight into the physical processes governing the detection speed and quantum efficiency of these van der Waals heterostuctures, such as out-of-plane carrier drift and recombination. The observation and understanding of ultrafast and efficient photodetection demonstrate the potential of hybrid transition-metal dichalcogenide-based heterostructures as a platform for future optoelectronic devices.
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