近日，晶体材料国家重点实验室陈峰教授团队在离子束光电材料改性研究领域取得新进展。通过载能离子束辐照引入缺陷，实现了对二维范德华异质结材料中层间电荷传输方向的调控，并由此制备了具备双向响应的光电探测器。相关研究工作以“Defect Engineering of Out-of-Plane Charge Transport in van der Waals Heterostructures for Bi-Direction Photoresponse”为题，发表在权威期刊ACS Nano（影响因子为15.881）上。论文的第一作者为物理学院2019级博士研究生刘燕然，通讯作者为谭杨教授、屈媛媛副教授、陈峰教授，山东大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。

二维材料由于其独特的结构和优异的性能引起科学界、工业界广泛的关注。二维材料形成能比较低，在其制备、生产和存储过程中容易产生大量缺陷。这些缺陷会影响二维材料的光电、热学、机械等方面的性能，赢得程度上限制了二维材料的应用，因而实现对二维材料中缺陷的调控和进一步利用尤为必要。本工作中采用离子束辐照的方式在二硒化钼/石墨烯（MoSe₂/graphene）异质结上层的MoSe₂层中引入数量可控的硒（Se）缺陷。结果证明，Se缺陷的存在会调控MoSe₂层的表面电势，造成graphene层和MoSe₂层之间的表面势相对位置关系发生反转，改变了MoSe₂/graphene异质结层间内建电场的方向，从而进一步改变异质结层间电荷传输的方向，最后导致MoSe₂/graphene异质结光电光电流方向发生改变。离子辐照处理后的MoSe₂/graphene光电探测器的响应电流方向由未处理时的负向转变为正向，其响应率R仍保持同一数量级，并且由于缺陷存在导致暗电流的大幅减小，处理后的样品拥有更高的比探测率D*。同时，第一性原理计算、扫描隧道电流测试、超快瞬态吸收光谱测试和透过谱测试结果均表明，离子辐照改变了异质结的能带结构，使其原本的禁带中产生了新的中间态，为光激发产生的电子跃迁提供了中间“跳板”，与原始样品相比在近红外波段范围拥有更高的光电探测性能。利用MoSe₂/graphene光电探测器响应电流方向可调控这一性能，制备了可切换的“与”门、“或”门光逻辑门电路，完成了简单的光逻辑运算，为实现二维材料视神经网络模拟提供了一种有意义的研究思路。

该工作得到了国家自然科学基金项目、山东省泰山学者攀登计划、晶体材料国家重点实验室等的大力支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c06238