[論文レビュー] Variation of the fundamental band gap nature in curved two-dimensional WS2

Elena Blundo, Marco Felici+8 more|arXiv (Cornell University)|Oct 25, 2019

2D Materials and Applications参考文献 51被引用数 33

ひとこと要約

本論文は、陽子照射とドーム形成によって作成された曲がりWS2モノレイヤーにおけるひずみによる直接帯域から間接帯域への遷移を示しており、微小フォトルミネセンスで帯域ギャップの性質と機械的応力を結びつけてマッピングしている。

ABSTRACT

We report a strain-induced direct-to-indirect band gap transition in mechanically deformed WS2 monolayers (MLs). The necessary amount of strain is attained by proton irradiation of bulk WS2 and the ensuing formation of one-ML-thick, H2-filled domes. The electronic properties of the curved MLs are mapped by spatially- and time-resolved micro-photoluminescence revealing the mechanical stress conditions that trigger the variation of the band gap character. This general phenomenon, also observed in MoS2 and WSe2, further increases our understanding of the electronic structure of transition metal dichalcogenide MLs and holds a great relevance for their optoelectronic applications.

研究の動機と目的

• WS2モノレイヤーの機械的変形が基本的な帯域ギャップの性質にどう影響するかを理解する。
• 局所的なひずみ条件を、二次元WS2における直接帯域から間接帯域への変化と結びつける。
• 関連する遷移金属ジカルコゲン化物（TMD）への洞察を広げ、それらの光電子特性への影響を検討する。

提案手法

• Bulk WS2の陽子照射によって曲がりWS2モノレイヤーを作成し、その後H2充填ドームを形成する。
• 空間分解能および時間分解のマイクロフォトルミネセンスを用いて曲がりモノレイヤーの電子特性をマッピングする。
• 観察された帯域ギャップの変化を機械的応力条件と相関付ける。
• MoS2およびWSe2における類似現象と挙動を比較し、TMDモノレイヤー全体への影響を一般化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 機械的曲率と局所ひずみはWS2モノレイヤーにおいて直接帯域から間接帯域への遷移を誘導できるか？
• RQ2 曲がりWS2において帯域ギャップの性質の変化を引き起こす応力条件は何か？
• RQ3 WS2で観察されるひずみによる挙動は、MoS2やWSe2などの関連TMDモノレイヤーにも見られるか？
• RQ4 空間分解能フォトルミネセンスは曲率、ひずみ、光電子特性の関係をどのようにマッピングできるか？

主な発見

• 機械的変形によるひずみがWS2モノレイヤーにおいて直接帯域から間接帯域への遷移を引き起こすことがある。
• 空間分解能・時間分解のマイクロフォトルミネセンスは、機械的応力と帯域ギャップの性質の変化との相関を明らかにする。
• この現象はMoS2およびWSe2などの類似TMDモノレイヤーにも一般的であり、光電子デバイスへの応用に関連すると報告されている。
• 曲がった2D WS2モノレイヤーは、その曲率幾何と内部応力に結びつく電子特性の変化を示す。