过渡金属二硫化物是由III或IV族过渡金属与硫族元素组成的材料，具有层状结构和较弱的层间范德华力。在单层限度下，二维材料由于维度减少和静电屏蔽作用减弱，产生了一些独特的准粒子，例如激子、三元子和双激子等。由激子与额外电荷载流子结合形成的带电激子，具有较强的结合能和在光电应用中的潜在价值。

近日，加州大学圣地亚哥分校的熊伟教授团队以单层二硫化钼为研究对象，通过瞬态电子和频转换 (tr-ESFG) 谱探究了二维MoS₂与钌基有机金属分子之间形成的电荷转移三元子（CT-三元子）的动力学机制。

钌基分子与二维MoS₂界面的异质结形成后，二维MoS₂的光致发光（PL）信号均匀地减少了95%。这表明界面上存在有效的电荷转移。

在二维MoS₂中，初始信号呈负值，显示出三元子产生的瞬态特性，随后是正信号，表明存在激发态吸收信号。Ru-MoS₂异质结的tr-ESFG光谱呈现持续的负信号，表明CT-三元子的形成，并且由于钌基分子与二维MoS₂之间的空穴转移，减少了三元子产生。

通过全局分析方法，研究了MoS₂和Ru-MoS₂的tr-ESFG光谱数据。在二维MoS₂中，三元子形成的时间常数约为16.4 ps，随后激发态吸收信号的衰减寿命约为129 ps。在Ru-MoS₂异质结中，CT-三元子的形成时间约为5.6 ps，随后其返回基态的衰减寿命约为90.9 ps显示出与二维MoS₂相比更快的动力学过程。

该研究通过在二维材料表面引入分子，可以精确调控其电学和光学性质，并在界面上形成独特的电荷转移三元子。与此同时该研究为分子-二维材料异质结中的多体相互作用提供了新的见解，有助于设计和优化用于光电子学和自旋电子学的器件。