電荷轉移在自然界普遍存在，是光産生化學能和電能最基本的分子過程。電荷傳遞界面的性質決定電荷的相變與傳遞動力學。以前對于界面電荷傳遞的研究主要是利用可見光譜或熒光光譜對體相或納米樣品進行觀測。這些實驗有兩個局限：1，這些技術基于創造與毀滅激子，因而隻能檢測到質心為零的電荷。但是，由于碰撞與散射，大多數的電荷質心并不為零。2，這些樣品并不是真正意義上的界面。它們是體相與界面的混合體。因此，要真正得到全面的在純界面上的電荷狀态與動力學信息，這兩個基本問題必須解決。

為此，鄭俊榮團隊搭建了世界上第一台超快多維可見/紅外顯微光譜技術（Nature Comm., 7，12512，2016， 圖1），結合二維材料異質結的制備，讓電子在純界面上（兩原子層間）的轉移與相變的過程與中間體， 及内在量子躍遷能被直接觀測與捕獲。他們發現無論是層内激子或自由電荷，轉移到另外一層必然會産生熱激子這麼一個中間體。這個發現回答了電子轉移為什麼與不同層内激子動量匹配與否無關，和光電流的産生與層間激子束縛能無關這兩個基本問題。最近，他們在技術上更進一步，把超快多維寬頻可見/中紅外顯微光譜儀擴展到近紅外區（Nature Comm., 9，1859，2018，圖2）。這樣就可以系統地研究二維材料及任意不同組合的異質結的電子狀态與輸運過程。利用這個技術，他們第一次觀測到原子層間激子的内在量子躍遷，推翻了普遍認為的在石墨烯等類金屬材料表面不能形成強束縛激子的錯誤觀點。并指出形成這種傳統理論解釋不了的現象的根本原因：二維空間裡的電子屏蔽導緻束縛能與電荷有效質量在低質量範圍内有極大的非線性關系。這個發現也自然導緻了兩個與直覺相反的現象：（1）電荷分離可以在半導體與石墨烯之間長時間存活；（2）一層半導體或吸光層加上一層石墨烯就可以組成一個非常有效的光電器件，無需象傳統器件需要至少三層（兩個電極加一層生色團）。

這些工作是多團隊合作的成果。福建物構所莊巍研究組做了非常系統的激子量子能級和束縛能的計算。Rice大學Jun Lou 和 P.M.Ajayan組，物理所張廣宇組制備了實驗所需的材料。石墨烯的動力學計算和電子屏蔽計算由劉志榮組完成。光電測試在郭雪峰組完成。另，由于出版編輯的疏忽，作者地址順序被颠倒，将在近期改正過來。

圖1. 超快多維可見/紅外顯微光譜技術及對兩個原子層間電荷轉移中間體的捕獲數據 

圖2. 超快多維寬頻可見/近-中紅外顯微光譜儀測定MoSe₂/石墨烯兩個原子層間激子内在内在躍遷。（A）量子躍遷示意圖；（B）實驗示意圖；（C）-（E）MoSe₂/石墨烯異質結超快可見/中紅外實驗數據；（F）-（G）MoSe₂超快可見/近-中紅外實驗數據；（H）層間電荷多體相互作用示意圖。