Carrier dynamics through a heterointerface of a Dirac material and a semiconductor was studied by the measurement of the full-range time-resolved core-level photoemission spectroscopy using synchrotron radiation. The electron-hole recombination process during relaxation of the surface photovoltage effect was delayed in a graphene layer due to the bottleneck effect of Dirac cones. When an intermediate buffer layer exists, the recombination mainly takes place at the interfacial Si dangling-bond sites and the relaxation time shortens by one-order of magnitude. The present result demonstrates unusual carrier dynamics at a semiconductor surface, terminated by a layer of the Dirac material.
References
1.
T.
Watanabe
, T.
Fukushima
, Y.
Yabe
, S. A.
Boubanga Tombet
, A.
Satou
, A. A.
Dubinov
, V.
Ya Aleshkin
, V.
Mitin
, V.
Ryzhii
, and T.
Otsuji
, New J. Phys.
15
, 075003
(2013
).2.
A. A.
Dubinov
, V. Y.
Aleshkin
, M.
Ryzhii
, T.
Otsuji
, and V.
Ryzhii
, Appl. Phys. Express
2
, 092301
(2009
).3.
K. J.
Tielrooij
, J. C. W.
Song
, S. A.
Jensen
, A.
Centeno
, A.
Pesquera
, A. Z.
Elorza
, M.
Bonn
, L. S.
Levitov
, and F. H. L.
Koppens
, Nat. Phys.
9
, 248
(2013
).4.
J. C.
Johannsen
, S.
Ulstrup
, F.
Cilento
, A.
Crepaldi
, M.
Zacchigna
, C.
Cacho
, I. C.
Edmond Turcu
, E.
Springate
, F.
Fromm
, C.
Raidel
, T.
Seyller
, F.
Parmigiani
, M.
Grioni
, and P.
Hofmann
, Phys. Rev. Lett.
111
, 027403
(2013
).5.
S.
Ulstrup
, J. C.
Johannsen
, F.
Cilento
, J. A.
Miwa
, A.
Crepaldi
, M.
Zacchigna
, C.
Cacho
, R.
Chapman
, E.
Springate
, S.
Mammadov
, F.
Fromm
, C.
Raidel
, T.
Seyller
, F.
Parmigiani
, M.
Grioni
, P. D. C.
King
, and P.
Hofmann
, Phys. Rev. Lett.
112
, 257401
(2014
).6.
I.
Gierz
, J. C.
Petersen
, M.
Mitrano
, C.
Cacho
, I. C. E.
Turcu
, E.
Springate
, A.
Stöhr
, A.
Köhler
, U.
Starke
, and A.
Cavalleri
, Nat. Mater.
12
, 1119
(2013
).7.
T.
Someya
, H.
Fukidome
, Y.
Ishida
, R.
Yoshida
, T.
Iimori
, R.
Yukawa
, K.
Akikubo
, S.
Yamamoto
, S.
Yamamoto
, T.
Yamamoto
, T.
Kanai
, K.
Funakubo
, M.
Suemitsu
, J.
Itatani
, F.
Komori
, S.
Shin
, and I.
Matsuda
, Appl. Phys. Lett.
104
, 161103
(2014
).8.
T.
Someya
, H.
Fukidome
, H.
Watanabe
, T.
Yamamoto
, M.
Okada
, H.
Suzuki
, Y.
Ogawa
, T.
Iimori
, N.
Ishii
, T.
Kanai
, K.
Tashima
, B.
Feng
, S.
Yamamoto
, J.
Itatani
, F.
Komori
, K.
Okazaki
, S.
Shin
, and I.
Matsuda
, Phys. Rev. B
95
, 165303
(2017
).9.
K. V.
Emtsev
, A.
Bostwick
, K.
Horn
, J.
Jobst
, G. L.
Kellogg
, L.
Ley
, J. L.
McChesney
, T.
Ohta
, S. A.
Reshanov
, J.
Röhrl
et al, Nat. Mater.
8
, 203
(2009
).10.
K. V.
Emtsev
, F.
Speck
, T.
Seyller
, and L.
Ley
, Phys. Rev. B
77
, 155303
(2008
).11.
J.
Hass
, R.
Feng
, J. E.
Millán-Otoya
, X.
Li
, M.
Sprinkle
, P. N.
First
, W. A.
de Heer
, and E. H.
Conrad
, Phys. Rev. B
75
, 214109
(2007
).12.
J.
Hass
, W. A.
de Heer
, and E. H.
Conrad
, J. Phys.: Condens. Matter
20
, 323202
(2008
).13.
A.
Satou
, V.
Ryzhii
, Y.
Kurita
, and T.
Otsuji
, J. Appl. Phys.
113
, 143108
(2013
).14.
S.
Tanabe
, M.
Takamura
, Y.
Harada
, H.
Kageshima
, and H.
Hibino
, Appl. Phys. Express
5
, 125101
(2012
).15.
S.
Tanabe
, M.
Takamura
, Y.
Harada
, H.
Kageshima
, and H.
Hibino
, Jpn. J. Appl. Phys.
53
, 04EN01
(2014
).16.
F.
Maeda
, S.
Tanabe
, S.
Isobe
, and H.
Hibino
, Phys. Rev. B
88
, 085422
(2013
).17.
E.
Minamitani
, R.
Arafune
, T.
Frederiksen
, T.
Suzuki
, S. M. F.
Shahed
, T.
Kobayashi
, N.
Endo
, H.
Fukidome
, S.
Watanabe
, and T.
Komeda
, Phys. Rev. B
96
, 155431
(2017
).18.
K.
Yamasue
, H.
Fukidome
, K.
Funakubo
, M.
Suemitsu
, and Y.
Cho
, Phys. Rev. Lett.
114
, 226103
(2015
).19.
V.
Chava
, S.
Omar
, G. B. S.
Shetu
, J.
Andrews
, T.
Sudarshan
, and M.
Chandrashekhar
, Appl. Phys. Lett.
108
, 043502
(2016
).20.
M.
Ogawa
, S.
Yamamoto
, K.
Fujikawa
, R.
Hobara
, R.
Yukawa
, S.
Yamamoto
, S.
Kitagawa
, D.
Pierucci
, M. G.
Silly
, C.-H.
Lin
, R.-Y.
Liu
, H.
Daimon
, F.
Sirotti
, S.-J.
Tang
, and I.
Matsuda
, Phys. Rev. B
88
, 165313
(2013
).21.
K.
Ozawa
, M.
Emori
, S.
Yamamoto
, R.
Yukawa
, S.
Yamamoto
, R.
Hobara
, K.
Fujikawa
, H.
Sakama
, and I.
Matsuda
, J. Phys. Chem. Lett.
5
, 1953
(2014
).22.
R.
Yukawa
, S.
Yamamoto
, K.
Ozawa
, M.
Emori
, M.
Ogawa
, S.
Yamamoto
, K.
Fujikawa
, R.
Hobara
, S.
Kitagawa
, H.
Daimon
, H.
Sakama
, and I.
Matsuda
, Appl. Phys. Lett.
105
, 151602
(2014
).23.
R.
Yukawa
, S.
Yamamoto
, K.
Akikubo
, K.
Takeuchi
, K.
Ozawa
, H.
Kumigashira
, and I.
Matsuda
, Adv. Mater. Interfaces
3
, 1600527
(2016
).24.
T.
Abukawa
, S.
Yamamoto
, R.
Yukawa
, S.
Kanzaki
, K.
Mukojima
, and I.
Matsuda
, Surf. Sci.
656
, 43
(2017
).25.
J.
Clabes
and M.
Henzler
, Phys. Rev. B
21
, 625
(1980
).26.
S.
Yamamoto
, Y.
Senba
, T.
Tanaka
, H.
Ohashi
, T.
Hirono
, H.
Kimura
, M.
Fujisawa
, J.
Miyawaki
, A.
Harasawa
, T.
Seike
, S.
Takahashi
, N.
Nariyama
, T.
Matsushita
, M.
Takeuchi
, T.
Ohata
, Y.
Furukawa
, K.
Takeshita
, S.
Goto
, Y.
Harada
, S.
Shin
, H.
Kitamura
, A.
Kakizaki
, M.
Oshima
, and I.
Matsuda
, J. Synchrotron Radiat.
21
, 352
–365
(2014
).27.
M.
Ogawa
, S.
Yamamoto
, Y.
Kousa
, F.
Nakamura
, R.
Yukawa
, A.
Fukushima
, A.
Harasawa
, H.
Kondo
, Y.
Tanaka
, A.
Kakizaki
, and I.
Matsuda
, Rev. Sci. Instrum.
83
, 023109
(2012
).28.
J.
Ristein
, S.
Mammadov
, and T.
Seyller
, Phys. Rev. Lett.
108
, 246104
(2012
).29.
D.
Tomer
, S.
Rajput
, L. J.
Hudy
, C. H.
Li
, and L.
Li
, Appl. Phys. Lett.
105
, 021607
(2014
).30.
P.
Dharmaraj
, P.
Justin Jesuraj
, and K.
Jeganathan
, Appl. Phys. Lett.
108
, 051605
(2016
).31.
S. A.
Reshanov
, K. V.
Emtsev
, F.
Speck
, K.-Y.
Gao
, T. K.
Seyller
, G.
Pensl
, and L.
Ley
, Phys. Status Solidi B
245
, 1369
(2008
).32.
S.
Sonde
, F.
Giannazzo
, V.
Raineri
, R.
Yakimova
, J.-R.
Huntzinger
, A.
Tiberj
, and J.
Camassel
, Phys. Rev. B
80
, 241406
(2009
).33.
H.
Watanabe
, T.
Kawasaki
, T.
Iimori
, F.
Komori
, and T.
Suemoto
, Chem. Phys. Lett.
637
, 58
(2015
).34.
S.
Butscher
, F.
Milde
, M.
Hirtschulz
, E.
Malic
, and A.
Knorr
, Appl. Phys. Lett.
91
, 203103
(2007
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.