Электронные свойства вертикально уложенной гетероструктуры MoS2/WS2
https://doi.org/10.31242/2618-9712-2022-27-3-459-465
Аннотация
Монослойные дихалькогениды переходных металлов (ДПМ) в качестве новых двумерных полупроводниковых материалов открывают новые возможности для оптоэлектроники благодаря превосходным возможностям захвата света и фотодетекции. Фотоприемники на основе ДПМ стали важными компонентами систем зондирования, визуализации и связи, способны воспринимать и преобразовывать оптические сигналы в электрические. Актуальной и нерешенной проблемой является поиск способов разработки высококачественных однослойных и гетерослойных электронных устройств на основе дихалькогенидов переходных металлов с длительным сроком службы, таких как оптоэлектронные устройства и полевые транзисторы. Одним из необходимых этапов таких поисков является управление шириной запрещенной зоны в гетероструктурах. В данной работе мы исследуем ширину запрещенной зоны в гетероструктуре MoS2/WS2 в зависимости от расстояния между слоями MoS2 и WS2. Расчеты из первых принципов показали, что, в отличие от однородных бислоев, гетеропереход MoS2/WS2 имеет оптически активную запрещенную зону, меньшую, чем у однослойных MoS2 и WS2. С увеличением межслойного расстояния в гетероструктурах MoS2/WS2 взаимодействие между слоями ослабляется. Это приводит к сдвигу уровня Ферми в состояние с более высокой энергией.
Об авторах
Ю. М. Григорьев
Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова;
Академия наук Республики Саха (Якутия)
Россия
Россия
ГРИГОРЬЕВ Юрий Михайлович, доктор физико-математических наук, зам. ректора, зав. кафедрой «Теоретическая физика», в.н.с., Author ID:14623701400, Researcher ID: K-8270-2016
677891, Якутск, ул. Белинского, 58;
677007, Якутск, пр. Ленина, 33
Е. П. Шарин
Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
Россия
Россия
ШАРИН Егор Петрович, кандидат физико-математических наук, доцент, Author ID: 56291744200, Researcher ID: H-1093-2013
677891, Якутск, ул. Белинского, 58
Н. Я. Муксунов
Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
Россия
Россия
МУКСУНОВ Никита Янович, студент, Физико-технический институт
677891, Якутск, ул. Белинского, 58
Список литературы
1. Sundaram R. S., Engel M., Lombardo A., Krupke R., Ferrari A. C., Avouris P., Steiner M. Electroluminescence in single layer MoS2. Nano letters. 2013; 13(4):1416–1421. DOI: 10.1021/nl400516a.
2. Radisavljevic B., Kis A. Reply to ‘Measurement of mobility in dual-gated MoS2 transistors’. Nature nanotechnology. 2013;8(3):147–148. DOI:10.1038/nnano.2013.30.
3. Perkins F.K., Friedman A.L., Cobas E., Campbell P.M., Jernigan G.G., Jonker B.T. Chemical vapor sensing with monolayer MoS2. Nano letters. 2013;13(2): 668–673. https://doi.org/10.1021/nl3043079.
4. Yin Z. Y., Li H., Jiang L., Shi Y. M., Sun Y. H., Lu G., Zhang Q., Chen X. D., Zhang H. Single-Layer MoS2 Phototransistors. ACS nano. 2012;6(1):74–80. https://doi.org/10.1021/nn2024557.
5. Chhowalla M. et al. The chemistry of two-dimensional layered transition metal dichalcogenide nanosheets. Nature chemistry. 2013;5(4):263–275. DOI: 10.1038/nchem.1589.
6. Li H., Wu J., Yin Z., Zhang H. Single-layer MoS2-based nanoprobes for homogeneous detection of biomolecules. Accounts of chemical research. 2014;47(4):1067–1075. DOI: 10.1021/ja4019572
7. Huang X., Tan C., Yin Z., Zhang Z. Anniversary article: hybrid nanostructures based on two‐dimensional nanomaterials. Advanced Materials. 2014; 26(14):2185–2204. DOI: 10.1002/smll.201002009.
8. Jariwala D. et al. Emerging device applications for semiconducting two-dimensional transition metal dichalcogenides. ACS Nano. 2014;8(2):1102–1120. DOI: 10.1021/nn500064s.
9. Britnell L. et al. Strong light-matter interactions in heterostructures of atomically thin films. Science. 2013; 340(6138):1311–1314. DOI:10.1126/science.1235547.
10. Yu W. J. et al. Highly efficient gate-tunable photocurrent generation in vertical heterostructures of layered materials. Nature nanotechnology. 2013;8(12):952–958. DOI: 10.1038/nnano.2013.219
11. Lopez-Sanchez O. et al. Ultrasensitive photodetectors based on monolayer MoS2. Nature nanotechnology. 2013;8(7):497–501. DOI:10.1038/nnano.2013.100.
12. Splendiani A. et al. Emerging photoluminescence in monolayer MoS2. Nano letters. 2010;10(4):1271–1275. DOI:10.1021/nl903868w.
13. Mak K. F. et al. Atomically thin MoS 2: a new direct-gap semiconductor. Physical review letters. 2010; 105(13):136805. DOI:10.1103/PhysRevLett.105.136805.
14. Xiao D. et al. Coupled spin and valley physics in monolayers of MoS 2 and other group-VI dichalcogenides. Physical review letters. 2012;108(19):196802. DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.196802.
15. Gutierrez H. et al. Extraordinary room-temperature photoluminescence in WS2 monolayers. arXiv.org. 2012: 1208.1325. https://doi.org/10.48550/arXiv.1208.1325
16. Shih C.-K. Coherently strained in-plane atomic layer heterojunctions. NPG Asia Materials. 2015; 7 (12): e231. DOI:10.1038/am.2015.127.
17. Huang C. et al. Lateral heterojunctions within monolayer MoSe2–WSe2 semiconductors. Nature materials. 2014; 13(12):1096–1101. DOI:10.1038/nmat4064.
18. Novoselov K. S. et al. 2D materials and van der Waals heterostructures. Science. 2016;353(6298):aac9439. DOI: 10.1126/science.aac9439.
19. Логинов А. Б. и др. Формирование наноструктурированных пленок MoS2, WS2, MoO2 и гетероструктур на их основе. Журнал технической физики. 2021; 91(10):1509. DOI: https://doi.org/10.21883/JTF.2021.10.51364.102-21.
20. Xie S. et al. Coherent, atomically thin transitionmetal dichalcogenide superlattices with engineered strain. Science. 2018;359(6380):1131–1136. DOI: 10.1126/science.aac9439.
21. Li D. et al. Multimodal nonlinear optical imaging of MoS2 and MoS2-based van der Waals heterostructures. ACS Nano. 2016;10:3766–3775. DOI:10.1021/acsnano.6b00371.
22. Huo N. et al. Novel optical and electrical transport properties in atomically tin Wse2/MoS2 p-n heterostructures. Adv. Electron. Mater. 2015;1(5):1400066. DOI: 10.1002/aelm.201400066.
23. Hong T. et al. Anisotropic photocurrent response at black phosphorus-MoS2 p-n heterojunctions. Nanoscale. 2015;7(44):18537–18541. DOI: http://doi.org/10.1039/C5NR03400K.
24. Kosmider K., Fernández-Rossier J. Electronic properties of the MoS2-WS2 heterojunction. Phys. Rev. 2013;B 87:075451. DOI:10.1103/PhysRevB.87.075451.
25. Rivera P. et al. Observation of Long-Lived Interlayer Excitons in Monolayer MoSe2-WSe2 Heterostructures. Nat. Commun. 2015; 6:6242. DOI:10.1038/ncomms7242.
26. Tongay S. et al. Tuning interlayer coupling in large-area heterostructures with CVD-grown MoS2 and WS2 monolayers. Nano Lett. 2014;14:3185–3190. DOI: 10.1021/nl500515q.
27. Jiang H. Electronic band structures of molybdenum and tungsten dichalcogenides by the GW approach. The Journal of Physical Chemistry C. 2012; 116(14):7664–7671. DOI: https://doi.org/10.1021/jp300079d.
28. Ramasubramaniam A. Large excitonic effects in monolayers of molybdenum and tungsten dichalcogenides. Physical Review B. 2012;86(11):115409. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.115409.
29. Wang F. et al. Tuning coupling behavior of stacked heterostructures based on MoS2, WS2, and WSe2. Scientific reports. 2017; 7(1):1–10. DOI: 10.1038/srep44712.
Рецензия
Для цитирования:
Григорьев Ю.М., Шарин Е.П., Муксунов Н.Я. Электронные свойства вертикально уложенной гетероструктуры MoS2/WS2. Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2022;27(3):459-465. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2022-27-3-459-465
For citation:
Grigor’ev Yu.M., Sharin E.P., Muksunov N.Ya. Electronic properties of vertically stacked MoS2/WS2 heterostructure. Arctic and Subarctic Natural Resources. 2022;27(3):459-465. (In Russ.) https://doi.org/10.31242/2618-9712-2022-27-3-459-465
Просмотров:
117
Послать статью по эл. почте 