[论文解读] 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 33

一句话总结

本论文展示了一种由质子照射与穹顶形成所创建的弯曲 WS2 单层在应变作用下发生的直接带隙向间接带隙的转变，通过显微光致发光成像进行映射，以将带隙性质与机械应力联系起来。

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.

研究动机与目标

• 了解 WS2 单层的力学变形如何影响基本带隙性质。
• 将局部应变条件与二维 WS2 的直接带隙向间接带隙的变化联系起来。
• 将这一洞见推广到相关的过渡金属二硫族化物及其光电子意义。

提出的方法

• 通过对块状 WS2 进行质子照射并形成充满 H2 的穹顶，来制备弯曲的 WS2 单层。
• 使用空间和时间分辨的微光致发光法对弯曲单层的电子性质进行映射。
• 将观测到的带隙变化与机械诱导的应力条件相关联。
• 将该行为与 MoS2 和 WSe2 中的类似现象进行比较，以在 TMD 单层中概括该效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 机械曲率和局部应变是否能够在 WS2 单层中诱导直接带隙向间接带隙的转变？
• RQ2 促使弯曲 WS2 带隙性质变化的应力条件是什么？
• RQ3 在与 WS2 相关的 TMD 单层中，如 MoS2 和 WSe2，是否也存在观察到的应变诱导行为？
• RQ4 空间分辨的光致发光如何映射曲率、应变与光电子性质之间的关系？

主要发现

• 来自机械形变的应变可触发 WS2 单层的直接带隙向间接带隙转变。
• 空间分辨与时间分辨的微光致发光图揭示了机械应力与带隙性质变化之间的相关性。
• 据报道，该现象对类似的 TMD 单层（MoS2 和 WSe2）具有普遍性，并且与光电子应用相关。
• 弯曲的 2D WS2 单层展现出与其弯曲几何形状和内部应力相关的改变的电子性质。