[논문 리뷰] Variation of the fundamental band gap nature in curved two-dimensional WS2

Elena Blundo, Marco Felici외 8명|arXiv (Cornell University)|2019. 10. 25.

2D Materials and Applications참고 문헌 51인용 수 33

한 줄 요약

이 논문은 양성자 조사와 돔 형성을 통해 만들어진 곡면 WS2 단층에서 변형에 의해 유도된 직접-간접 밴드갭 전이를 보여주고, 밴드갭 특성을 기계적 응력과 연결하기 위해 micro-photoluminescence로 매핑한다.

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.

연구 동기 및 목표

• WS2 단층의 기계적 변형이 근본적인 밴드갭 특성에 어떤 영향을 미치는지 이해한다.
• 국부적 스트레인 조건을 2차원 WS2의 직접 밴드갭에서 간접 밴갭으로의 변화와 연결한다.
• 관련 전이 금속 디칼코겐화물들과 그들의 광전자학적 함의로 통찰을 확장한다.

제안 방법

• bulk WS2에 대한 프로톤 조사로 곡면 WS2 단층을 만들고 H2로 채워진 돔을 형성한다.
• 공간적으로 및 시간적으로 해상된 micro-photoluminescence를 사용하여 곡면 단층의 전자적 특성을 매핑한다.
• 관찰된 밴드갭 변화와 기계적으로 유도된 응력 조건 사이의 상관관계를 확인한다.
• MoS2 및 WSe2에서의 유사 현상과의 비교를 통해 TMD 단층에서의 효과를 일반화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기계적 곡률과 국부 스트레인가 WS2 단층에서 직접-간접 밴드갭 전이를 유도할 수 있는가?
• RQ2 곡면 WS2에서 밴드갭 특성 변화가 일어나게 하는 응력 조건은 무엇인가?
• RQ3 WS2에서 관찰된 변형에 의해 유도된 현상이 MoS2 및 WSe2와 같은 관련 TMD 단층에서도 나타나는가?
• RQ4 공간적으로 해상된 광발광이 곡률, 변형 및 광전자학적 특성 간의 관계를 어떻게 매핑할 수 있는가?

주요 결과

• 기계적 변형으로 인한 변형 스트레인이 WS2 단층에서 직접-간접 밴드갭 전이를 촉발할 수 있다.
• 공간적으로와 시간적으로 해상된 micro-photoluminescence 매핑은 기계적 응력과 밴드갭 특성 변화 사이의 상관관계를 드러낸다.
• 이 현상은 유사한 TMD 단층(MoS2 및 WSe2)에 일반적으로 적용 가능하고 광전자응용에 관련된다고 보고된다.
• 곡면 2D WS2 단층은 곡면 기하학과 내부 응력에 연결된 전자적 특성이 변화한다.