缺陷诱导的MoS2异质结各向异性光电流效应：从空位缺陷到光电转换新机制

本文通过密度泛函理论（DFT）与非平衡格林函数（NEGF）方法，系统研究了1T-MoS2/2H-MoS2/1T-MoS2异质结中空位缺陷对光电流效应（PGE）的调控机制。研究发现缺陷态可拓宽光响应能谱，氢饱和缺陷会改变光电流阈值并降低强度，对称性破缺导致的各向异性光电流为二维材料光电器件设计提供了新思路。

　　

Highlight

缺陷在二维材料光响应中扮演复杂而关键的角色。本研究通过DFT-NEGF方法揭示了1T-MoS₂/2H-MoS₂/1T-MoS₂异质结中各类点空位缺陷对光电流效应（PGE）的调控规律——缺陷态不仅拓展了光响应能谱范围，其参与机制更直接关联光电流产生。当缺陷被氢饱和时，光电流阈值偏移且强度减弱，这种"缺陷工程"特性为精准调控光电性能提供了可能。

Models and Methods

图1展示了MoS₂器件原子构型：金属性1T-MoS₂电极包裹着半导体2H-MoS₂散射区（含1T-MoS₂缓冲层）。沿锯齿形（ZZ）方向2H-MoS₂域跨28.44?（缓冲层12.64?），而扶手椅（AC）方向尺寸为27.36?（缓冲层10.59?）。这种定向设计为后续各向异性研究奠定基础。

Results and discussion

原始MoS₂的D_3h对称性在引入点缺陷后降为C_2V/C_S。V_2S和V_Mo缺陷在AC方向保持C_2V对称性，ZZ方向则呈现C_S对称性；而V_S体系因缺失m₁镜面对称性展现出更低对称性。这种对称性梯度破缺直接导致光电流的各向异性响应，犹如在材料中构建了天然的"光电二极管"。

Conclusion

本研究证实缺陷态可使MoS₂在低于带隙的光子能量下产生光电流，这种"亚带隙光电转换"特性显著拓宽了材料的光响应窗口。异质结中缺陷相关PGE呈现的定向光电流特性，为开发新型偏振敏感光电器件提供了理论依据，展现出二维材料缺陷工程在光电子领域的巨大潜力。