単層WS2/SIヘテロ接合における一時的な誘電関数と電荷移動に対する界面効果

単層タングステンジスルフィド（WS2）は、シリコンフォトニクスにとって非常に有望な材料です。したがって、WS2/SIインターフェイスは、界面の複雑な効果と豊富な状態により、非常に重要な役割を果たします。その中で、励起子のダイナミクスと光電子特性に対する電荷移動の影響は、誘電関数によって決定されます。これは、光電子デバイスの性能に非常に重要です。ただし、このようなWS2/SI接合部におけるWS2の励起子ダイナミクスまたは一時的な誘電機能に関する研究は依然としてまれです。この作業では、WS2/SIヘテロ接合の過渡誘電関数と電荷移動の両方が、ポンププローブ分光計によって測定された過渡的な反射スペクトルに基づいて分析されます。WS2/SIヘテロ接合内での電荷移動の影響を受けるA励起子の動的プロセスは解釈されます。さらに、WS2の過渡誘電率は定量的に分析されます。WS2の誘電関数は、顕著な19％の変化を示し、WS2/SIヘテロ接合内で180 PS以上持続します。これらの発見は、WS2に基づいてシリコンフォトニックデバイスの進歩への道を開くことができます。

Monolayer tungsten disulfide (WS2) is a highly promising material for silicon photonics. Thus, the WS2/Si interface plays a very important role due to the interfacial complex effects and abundant states. Among them, the effect of charge transfer on exciton dynamics and the optoelectronic property is determined by the dielectric function, which is very crucial for the performance of optoelectronic devices. However, research on the exciton dynamics or the transient dielectric function of WS2 in such WS2/Si junctions is still rare. In this work, both the transient dielectric function and charge transfer of WS2/Si heterojunctions are analyzed based on the transient reflectance spectra measured by the pump-probe spectrometer. The dynamic processes of the A exciton, affected by charge transfer within the WS2/Si heterojunction, are interpreted. Moreover, the transient dielectric function of WS2 is quantitatively analyzed. The dielectric function of WS2 exhibits a notable 19% change, persisting for more than 180 ps within the WS2/Si heterojunction. These findings can pave the way for the advancement of silicon photonic devices based on WS2.