近日，我院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