原子薄WSe中激子共振的应变调谐₂

MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、WSe2等单分子过渡金属二卤属化合物是一类新的二维半导体。它们在可见光和红外波段的光学带隙使它们有希望用于光学和光电器件。

这些材料最显著的特征之一是强烈的激子共振，具有数百兆电子伏数量级的极高结合能。在这里，我们研究了如何通过对WSe单分子层施加单轴应变来操纵这些共振₂以可控和可逆的方式。利用白光透射光谱，我们测量了单分子层的A, B, C和D激子共振的吸收，取决于施加的拉伸应变。

设置

施加单轴拉伸应变，单层WSe₂在柔性聚碳酸酯基材上机械剥离，并覆盖一层聚合物(PDMS)(图1a)。通过弯曲衬底，顶部表面膨胀，从而引起附着的WSe的应变₂单层。PDMS层防止薄片滑动。通过这种配置，可以可逆地对单层施加高达1.5%的拉伸应变。

图1。a)样品几何图形说明。通过弯曲聚碳酸酯衬底，可以使上面的单层发生可逆应变。图1。b)测量单层WSe应变依赖性吸收的透射显微镜装置示意图₂．

为了测量应变依赖的吸收光谱，我们使用自制的透射显微镜装置(图1b)。使用物镜(50x/ NA=0.55)将钨卤灯发出的白光连续体聚焦在样品上，照亮样品平面上的一个区域。透射光由一个物镜(50x/ NA=0.6)收集，并在成像光谱仪(Andor Shamrock SR-303i-B-SIL)的入口狭缝上成像，并附加CCD相机(Andor Newton DU920P-OE)。通过打开摄谱仪的入口狭缝，使用零阶衍射光栅，CCD记录样品的图像。由于牛顿相机的高读取速度和帧率，单层可以很容易地定位。通过关闭入口狭缝并使用一阶光栅，将单层的透射光谱投影到CCD的横轴上。在垂直方向上，可以同时测量到沿入口狭缝的透射光谱(图2a中的绿线)。

应变单层WSe的吸收光谱研究₂

WSe的光学吸收₂单层是通过测量从钨丝灯透射到样品T的光来确定的_毫升与通过裸基底T透射的光相比_潜艇．然后通过以下方法计算吸收:

图2a)透射WSe2单层的光学显微镜图像(虚线白色)。图2b)沿A中标注的绿线测量的0.0%和1.4%应变的空间分辨透射光谱(激子)。图2c)在b中黄色虚线位置测量的应变水平增加和减少的吸收光谱。为了清晰，光谱垂直移位。

图2显示了WSe2单分子层的光学图像(a)和测量到的吸收光谱(b和c)。由于薄片的尺寸很大，我们能够从空间上解析整个单分子层的吸收光谱。在不施加应变的情况下(图2b)， A激子在WSe2单层上的位置均为1.66 eV。如果我们增加应变，A激子转移到更低的能量。然而，这种位移只发生在薄片的中心，而在边缘为零。即使是更高的应变值，达到1.4%，单层断裂，形成垂直于施力方向的裂纹。这些裂纹导致传递应变在单层上的分布不均匀，从而导致空间分辨吸收光谱的显著差异。在WSe2单分子层的中心可以看到一些区域，其中A激子的位置与未应变情况相同，而一些区域则是应变传递的地方，即A激子的位置为1.58 eV。显然，单层的大小对于实现最大应变传递很重要。

结论

总之，我们发现，当WSe的单轴拉伸应变为1.4%时，a激子向较低能量的位移为71 meV₂单层膜。Andor Newton DU920P-OE相机还允许我们测量WSe的空间分辨透射光谱₂单层在宽能量范围内具有高帧率。我们研究了WSe的空间应变分布₂并发现单分子层的大小对于从衬底到单分子层的有效应变传递至关重要。该相机还可用于研究其他原子薄材料，因为由于开放电极结构，它的灵敏度可低至200 nm，并且在较长的波长下没有等距化。

确认

感谢Münster大学物理研究所和纳米技术中心的Robert Schneider和Rudolf Bratschitsch教授博士。