2025年4月，山东科技大学电子信息工程学院刘善德、刘俊亭团队在材料科学领域顶级期刊《Advanced Functional Materials》发表了题为“Interfacial Charge Transfer and Defect Engineering in the MoTe₂/Graphene Heterostructure for Tailored Carrier Kinetics and Nonlinear Absorption”的文章。

成果简介：范德华异质结因无晶格匹配限制而备受关注，界面电荷转移（CT）被证实能同步调控载流子动力学与可饱和吸收（SA）响应。然而，传统TMD异质结构受较大带隙及热声子瓶颈（HPB）制约，在近红外超快光开关领域性能受限。MoTe₂具有直接带隙和优异非线性吸收特性，若与高迁移率石墨烯耦合，有望形成兼具快速CT与HPB抑制效果的MoTe₂/Graphene异质结构。当前对其CT机理及MoTe₂厚度、缺陷对载流子复合与非线性吸收耦合效应的认识仍不足，亟需系统研究。该文章采用飞秒瞬态吸收光谱并结合密度泛函理论（DFT）计算揭示，MoTe₂纳米片向石墨烯的电荷转移有效缓解了MoTe₂纳米片中的热声子瓶颈效应，加速了载流子复合，同时将非线性吸收系数由-625 cm·GW^-1提升至-1129 cm·GW^-1。此外，薄层MoTe₂纳米片的非饱和损失低至1.7%，远优于厚层样品的4.0%，这主要归因于较厚样品中更高的缺陷密度引发的散射损失增加。透射电子显微镜（TEM）与DFT进一步证实，样品厚度增加导致Mo空位密度显著升高。该研究阐明了MoTe₂/石墨烯界面电荷转移与缺陷调控对热声子瓶颈抑制和近红外非线性吸收增强的协同机制，为构建高性能可饱和吸收器及片上集成超快光子器件奠定了物理基础与工程指导，推动了二维材料光电器件领域的创新与进步。（通讯员：刘俊亭）