이종층 간 여기자(heterointerlayer excitons, HIXs)는 엇갈린 띠 정렬(staggered band alignment, type II)을 갖는 다양한 2차원(2D) 나노시스템의 이종접합 구조에서 집중적으로 연구되어 왔다. 본 연구에서는 단층(1 L) WS2 및 다층 PbI2 이종층 구조에서의 HIX를 포함한 여기자 종의 레이저 공초점 현미경(laser confocal microscopy, LCM) 광발광(photoluminescence, PL) 특성을 3~293 K 범위에서 조사하였다. 다층 PbI2와의 하이브리드화 후 1 L WS2의 PL 강도가 극적으로 감소한 것은 전하 이동의 발생을 시사한다. 분해된 PL 스펙트럼에서 이종구조 내 1 L WS2(즉, 층내(intralayer) 여기자)에 해당하는 중성 여기자(X0), 트리온(trions, X–), 쌍여기자(biexcitons, XX)에 대한 PL 피크가 각각 3 K에서 594, 601, 606 nm에서 관측되었다. 특히, HIXs에 주로 기인한 넓고 강한 PL 발광이 200 K 미만인 675–700 nm의 가시광 영역에서 관측되었다. 이종구조의 특징적인 여기자에 해당하는 모든 PL 피크는 전자–포논 상호작용의 강화로 인해 온도가 증가함에 따라 적색 이동하였다. 흥미롭게도 여기 전력이 증가할수록 이종구조에서의 HIXs PL 피크는 유의하게 청색 이동한 반면, WS2의 X0, X– 및 XX에 해당하는 피크는 적색 이동하였다. 이러한 변화는 쌍극자 정렬(dipole-aligned)된 HIXs 간의 쿨롱 및 반발 상호작용에 의한 차폐 효과에서 기인한다. 특히 3 K에서 시간분해 PL 감쇠 곡선으로부터 얻은 이종구조 HIXs의 4.22 ns 수명은 층내 여기자의 수명에 비해 유의하게 길었으며, 8.6배 더 길었다. 본 연구는 2D 이종구조에서의 HIXs에 대한 이해를 제공하며, 이는 나노스케일 발광다이오드, 센서, 및 태양전지(photovoltaics) 응용을 위한 유망한 플랫폼을 제공한다.

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