MX2材料：石墨烯的竞争者
一个新的论据已经被添加到不断增长的挑战石墨烯性能权威的案例里，下一个发生在高科技领域大事件的主角是被称为MX2材料的二维半导体。美国能源部（DOE）劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的一个科学家领导的国际合作团队，报道了第一个实验观察到的超快电荷在光激发的MX2材料上的转移情况。记录的电荷转移时间在50飞秒以下，这是有机光电记录的最快时间。
“这是我们第一次证明了通过结合光致发光映射和瞬态吸收测量能够在MX2异质结构上进行有效电荷转移，”伯克利加州大学（UC）物理系伯克利实验室材料科学部门的凝聚态物理学家Feng Wang说，“由于能定量确定电荷转移时间不到50飞秒，我们的研究表明：MX2异质结构，其非凡的电子和光学性质以及能大面积的快速合成发展将给未来光子和光电应用程序带来巨大的希望。”
Feng Wang是加州大学伯克利分校物理系伯克利实验室的材料科学部门的凝聚态物理学家。
Wang作为这项研究的主要工作者，在《自然纳米技术》杂志上描述了这项研究并发表了一篇论文，文章标题是“自动层MoS2/WS2异质结构的超速电荷转移。”共同作者还有Xiaoping Hong，Jonghwan Kim，Su-Fei Shi，Yu Zhang，Chenhao Jin，Yinghui Sun，Sefaattin Tongay，Junqiao Wu和Yanfeng Zhang。
MX2层由一层过渡金属原子，如钼（Mo）或钨（W），夹在两层硫族元素原子之间，如硫（S）组成。由此产生的异质结构必然具有相对较弱的称为范德华力的分子间吸引力。这些二维半导体特性的六角“蜂窝”的结构像石墨烯一样，但是不像石墨烯一样具有超高速电导率，它们具有自然能量带隙。这有助于他们在晶体管和其他电子设备的应用，因为不同于石墨烯，其电导率可以关掉。
“结合不同MX2层在一起允许其中一个来控制它们的物理属性，”Wang说，同时Wang也是Kavli能源纳米科学研究所（Kavli-ENSI）研究人员。“例如，二硫化钼（MoS2）、二硫化钨（WS2）形成II半导体的结合，能快速分离电荷。光激电子和空穴的分离对驱动光电探测器电流或太阳能电池至关重要的。” 这篇文章描述了原子薄层样品的MoS2/WS2异质结构的超快电荷分离功能，Wang和他的合作者开辟了丰富的新途径，不仅包括光学，光电子学，也包括光伏发电。
MoS2/WS2异质结构中的光致发光映射，代表光致发光强度的色度显示了二硫化钼光致发光的强烈淬灭。
“MX2半导体有极强的光学吸收特性，并与有机光伏材料比较，其具有更好的晶体结构和电子传输特性，”Wang说，“对飞秒电荷转移率因子，MX2半导体提供了一种理想的为电子收集和利用空间上分离电子和空穴的方式”。
Wang和他的同事们正在研究MX2异质结构电荷转移的微观起源和不同MX2材料之间的电荷转移率的变化。
Wang说：“我们对控制外部电场的电荷转移过程作为一种利用MX2异质结构在光伏设备的方法也很感兴趣。”
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