近日，我院计算物理与量子能源材料设计课题组在二维范德华材料设计与理论调控研究中取得重要进展，相关成果以“Ultrafast charge transfer in anisotropic black phosphorus/TiS₃ heterostructures for photoconversion”为题目发表在国际著名物理期刊《Physical Review B》上。其中物理学院张丽丽副教授为论文的第一作者兼通讯作者，郑州大学李顺方教授和中国科学技术大学赵瑾教授为共同通讯作者，郑州大学为第一单位。

在二维材料兴起之后，范德华异质结材料由于其在光电器件领域的应用潜力受到了广泛关注，尤其是各向异性材料被广泛应用于光探测器领域。二维范德华异质结材料界面相互作用很弱，不存在化学键，但实验上发现界面存在超快电荷转移，其中决定界面电荷转移的动力学过程的因素有很多，除了能级匹配之外，电声耦合以及声子激发等因素的重要作用是一个亟需重点阐明和突破的科学问题。

在本工作中，申请人设计了type-II能级匹配的二维各向异性范德华异质结材料BP/TiS₃，采用非绝热分子动力学结合HSE06杂化泛函的第一性原理计算方法，研究发现界面电子和空穴迁移动力学发生于42和467 fs的超快时间尺度内，这主要源于层间呼吸模式和界面S-S键的拉伸声子模式参与电声耦合的贡献。同时，对该异质结分别施加正反于Z方向的电场，分别能够保持或抑制界面电荷转移动力学。该研究工作为各向异性范德华异质结在光探测器领域的材料设计与外场调控提供了理论方案。

该工作得到了国家自然科学基金面上项目、青年基金和中国博士后科学基金等项目的支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.109.075306