Layered materials of graphene and MoS2, for example, have recently emerged as an exciting material system for future electronics and optoelectronics. Vertical integration of layered materials can enable the design of novel electronic and photonic devices. Here, we report highly efficient photocurrent generation from vertical heterostructures of layered materials. We show that vertically stacked graphene–MoS2–graphene and graphene–MoS2–metal junctions can be created with a broad junction area for efficient photon harvesting. The weak electrostatic screening effect of graphene allows the integration of single or dual gates under and/or above the vertical heterostructure to tune the band slope and photocurrent generation. We demonstrate that the amplitude and polarity of the photocurrent in the gated vertical heterostructures can be readily modulated by the electric field of an external gate to achieve a maximum external quantum efficiency of 55% and internal quantum efficiency up to 85%. Our study establishes a method to control photocarrier generation, separation and transport processes using an external electric field. Efficient photocurrent generation, which can be tuned by the electric field of a gate to reach both high external and internal quantum efficiencies, is shown to occur in vertical heterostructures comprising graphene, MoS2 and metals.

Graphene has attracted considerable interest for future electronics, but the absence of a bandgap limits its direct applicability in transistors and logic devices. Recently, other layered materials such as molybdenum disulphide (MoS(2)) have been investigated to address this challenge. Here, we report the vertical integration of multi-heterostructures of layered materials for the fabrication of a new generation of vertical field-effect transistors (VFETs) with a room temperature on-off ratio > 10(3) and a high current density of up to 5,000 A cm(-2). An n-channel VFET is created by sandwiching few-layer MoS(2) as the semiconducting channel between a monolayer graphene sheet and a metal thin film. This approach offers a general strategy for the vertical integration of p- and n-channel transistors for high-performance logic applications. As an example, we demonstrate a complementary inverter with a larger-than-unity voltage gain by vertically stacking graphene, Bi(2)Sr(2)Co(2)O(8) (p-channel), graphene, MoS(2) (n-channel) and a metal thin film in sequence. The ability to simultaneously achieve a high on-off ratio, a high current density and a logic function in such vertically stacked multi-heterostructures can open up possibilities for three-dimensional integration in future electronics.

Abstract Decarbonizing food production and mitigating agriculture's environmental impact require new technologies for precise delivery of fertilizers and pesticides to plants. The cuticle, a waxy barrier that protects the surface of leaves, causes 60%–90% runoff of fertilizers and pesticides, leading to the wastage of intensive resources, soil depletion, and water bodies pollution. Solutions to mitigate runoff include adding chemicals (e.g., surfactants) to decrease surface tension and enhance cuticles' permeability but have low efficacy. In this study, vapor‐induced synergistic differentiation (VISDi) is used to nanomanufacture echinate pollen‐like, high payload content (≈50 wt%) microcapsules decorated with robust spines that mechanically disrupt the cuticle and adhere to the leaf. VISDi induces a core–shell structure in the spines, enabling the release of agrochemicals from the microparticles' body into the leaf. As proof of concept, precise and highthroughput delivery of iron fertilizer in Fe‐deficient spinach plants is demonstrated. Spray of spiny microparticles improves leaf adhesion by mechanical interlocking, reduces wash‐off by an ≈12.5 fold, and enhances chlorophyll content by ≈7.3 times compared to the application of spherical counterparts. Together, these results show that spiny microparticles can mitigate agricultural runoff and provide a high‐throughput tool for precise plant drug delivery.