WS2单层中的光致发光光谱

介绍

在过去的十年中，二维（2D）过渡金属二核苷（TMDC）引起了很多关注，因为同一石墨烯方案也可以应用于该分层化合物以容易制备原子上的薄片。

材料的特性会随着2D TMDC的厚度的减小而发生巨大变化。例如，MOS的带盖₂当将2D晶体变细到单层时，从间接到直接的变化。

带隙的这种变化导致了许多新型特性，例如光致发光（PL）和山谷极化的巨大增强，这是Brillion区的K空间形成的独特自旋纹理，在多层中不存在。^[1]

材料特性和厚度之间的这种丰富的灵活性使TMDC单层在2D材料领域中成为一类流行材料。作为一个典型的TMDC，单层由于其狭窄的直接带隙和较大的量子产率而有望进行光学实验。在这里，我们研究了单层的拉曼光谱和光致发光特性。

实验装置

单层是通过化学蒸发沉积（CVD）方法制造的[2]。通过Andor Spectrograph测量的拉曼和光致发光（PL）光谱三叶草SR-500I-D1和Andor CCD检测器IDUS DV420A-OE作为场效应门控的函数。激光激发来自钴532 nm激光器。

结果

图1显示了种植薄片的拉曼光谱。在348和415 cm处鉴定出E2G和A1G峰^-1， 分别。图1的插入图绘制了薄片的PL。在632 nm左右观察到尖锐的光致发光峰。所有这些特征表明，由CVD生长的单层表现出高质量。使用这些单层，制造了使用离子液体门控的场效应晶体管。^[3]

图1：单层的拉曼光谱。插入，单层的光致发光。

在高质量的单层设备上，在220 K的真空中测试了各种液体门控电压（-6至3V）处的电驱动的PL光谱。如图2所示，面板（a）和（b）分别对应于栅极电压的正向和背面扫描。光谱的栅极依赖性变化提供了有关电动PL中形成的激子和TRION的信息，这使我们对单层的光学性质有了更好的理解。

结论

在三叶草500i光谱仪和IDU 420 CCD检测器的帮助下，可以成功地表征拉曼光谱和单层的PL光谱作为液体门控电压的函数。

图2：通过液体门控产生的电场下的PL光谱：（a）前扫，（b）后扫。

参考

1. Wang和K. Kalantar-Zadeh，A。Kis，J。Coleman，M。Strano，自然纳米技术7，699-712（2012）
2. Yang，P。Gordiichuk，O。Zheliuk，J.M.Lu，A.Herrmann，J.T。YE，Physica状态固体（RRL） - Rapid研究信11（10），1700302（2017）
3. J. Zhang，J.T。Ye，Y。Matsuhashi，Y。Iwasa，Nano Letters 12，1136-1140（2012）。