近日，我院计算物理与量子能源材料设计团队在二维黑磷（Black Phosphorus, BP）基异质结的光电转换研究方面取得重要进展。相关成果以“Ultrafast charge transfer in two-dimensional black phosphorus/SiS van der Waals heterostructure for photoconversion”为题，发表于国际权威期刊《Journal of Applied Physics》。我院硕士研究生王乐瑶为第一作者，张丽丽副教授为通讯作者。

二维BP因其层数可调带隙、高载流子迁移率和各向异性等独特性质，被视为新一代光电子与纳米光子器件的重要候选。然而，其环境稳定性较差，限制了实际应用。针对这一难题，研究团队设计了具有II型能带对齐的BP/SiS的二维vdW异质结，并采用第一性原理非绝热分子动力学（NAMD）模拟，证实了异质结界面存在超快的空穴转移动力学，该过程在156 fs内完成，而电子转移受到显著抑制。进一步分析表明，空穴和电子转移动力学的差异主要归因于以下两个方面：首先，空穴转移过程中存在更多的路径可供光激发空穴转移；其次，BP的代表性光学声子模式(即和模式)以及沿Zigzag方向的层间剪切模式(28 cm^-1处)诱导的强电声耦合，共同促进了空穴的快速转移。该成果不仅加深了对BP基二维异质结电荷动力学的理解，也为开发高性能光电子与光伏器件提供了新的理论支撑，为未来高效、稳定的光电材料设计提供了重要思路。

该工作得到了国家自然科学基金（No. 12104411, U23A2072）、中国博士后科学基金（No. 2020M682326）和河南省自然科学基金（No. 242300421161）的支持。

全文链接：https://doi.org/10.1063/5.0266915