journal article·2026Open access

Designer charge-transfer van der Waals heterostructures

T. Huynh, N. Lee, Y. Hassan, N. Battulga, K. Muralidharan, O. L. A. Monti, M. S. Choi, B. S. Y. Kim

Nanoscale· Volume 18· Issue 15

Abstract

Interlayer charge transfer in two-dimensional van der Waals (vdW) heterostructures underpins a wide range of emergent quantum phenomena, ranging from excitonic dynamics and light-matter interactions to various correlated electron states. The ability to manipulate interlayer charge transfer on demand offers a powerful knob to control and functionalize these emergent phenomena. In this review, we discuss the recently emerging strategies for assembling and engineering charge-transfer vdW heterostructures in a programmable fashion. We first discuss various static control knobs for programming interlayer charge transfer, including interfacial band alignment and symmetry breaking interfaces. We next discuss strategies to dynamically modify interlayer charge transfer using light and pressure to perturb charge-transfer heterostructures, with an emphasis on interlayer excitons in transition-metal dichalcogenides. We further highlight new applications that emerge out of these charge-transfer heterostructures, ranging from polaritonic devices to novel transistor architectures and photo- and electro-chemical cells. Finally, we conclude with an outlook and future prospects for a new generation of charge-transfer heterostructures.
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Research context

OpenAlex topics: Strong Light-Matter Interactions · 2D Materials and Applications · Spectroscopy and Quantum Chemical Studies

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Materials Science and Engineering, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721, USA

BASIS Oro Valley, Oro Valley, Arizona 85737, USA

Department of Materials Science and Engineering, Chungnam National University, Daejeon 34134, Republic of Korea

Department of Physics, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721, USA

Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721, USA

Department of Chemistry and Biochemistry, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721, USA

Funding

University of Arizona · National Research Foundation of Korea · Ministry of Trade, Industry and Energy · Air Force Office of Scientific Research

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