WS2二维核壳结构单分子层中的带隙调制
前言
WS2是一种二维材料，具有优异的光电性能和机械性能，因此在纳米电子学和光电子学领域有着广泛的应用前景，其中，WS2单分子层的带隙调制是一项重要的研究方向。
三原子厚的WS2单层由夹在顶部和底部S原子层之间的W原子层组成，半导体WS2被称为2H-WS2，因为两个WS2原子层形成一个六边形晶胞，如WS2单分子层的俯视图所示，W和S原子按三角形晶格结构排列，显示出WS2的六方对称性。
生长的WS2单层具有三角形形状，厚度为0.85nm，拉曼和PL光谱证实WS2单分子层由于其均匀的信号而具有单一结构域，单畴WS2单分子层在350.3cm -1、355.0cm -1和417.6cm -1处显示出三个主要拉曼峰，这与报道的WS2拉曼活性模式一致，三个峰分别对应于WS2的2LA、E'2g和A1g 。
尽管大多数CVD生长的WS2样品具有具有均匀厚度和光学对比度的单畴，但也发现具有不均匀光学对比度的多畴WS2薄片，单域和多域WS2薄片同时生长在基板上，虽然我们在CVD生长过程中不断供应S源，但W和S源的局部变化导致单畴和多畴WS2的形成薄片。
光学显微镜显示，内部核心区域呈三足海星形状，周围的壳区域呈三角形，使用原子力显微镜，我们检查了核-壳结构WS2的厚度及其在核和壳域之间边界的变化，具有多个域的WS2薄片是厚度为0.85nm的单层，如高度剖面所示，边界处的厚度没有任何变化。
多域WS2中W和S元素的浓度通过使用电子探针显微镜分析测量，尽管元素分析对多域WS2单层的亚纳米厚度具有挑战性，但我们可以观察到S的相对分布，核心区域的S浓度略高于壳区域，而除位于壳边界的多层区域外，S的浓度在域内是均匀的，EPMA结果表明，在我们的多域WS2单层中，壳区域比核心区域有更多的S缺陷。
核-壳结构的WS2单层由步长为250nm的共焦拉曼映射表征。核-壳结构的WS2单层的整个区域显示出一致的WS2拉曼活性模式，对应于WS2的2LA、E' 2g和A 1g模式。基于光学显微镜和拉曼光谱结果，在这项研究中，我们将核壳结构的WS2单层分为四个区域：
(1)壳，(2)壳边界，(3)核边界，和(4)核
我们选择了四个点来表示每个区域，通过用高斯曲线拟合它们来分析来自四个区域的拉曼光谱。
在WS2的核心域中，拉曼峰分别显示红移E' 2g和A 1g峰1.3cm -1和1.2cm -1，与壳域中不变的E'2g峰相反，核心域表现出红移的E' 2g峰，这可归因于应变效应，特别是拉伸应变,核域中的掺杂效果与壳域中的掺杂效果相当，因为核域和壳域中的A 1g拉曼峰具有相似的红移。
我们的核壳结构WS2单层的拉曼特征不同于具有大蓝移A 1g的多畴六方WS2的拉曼特征，这可以通过W缺陷中的极性(p)掺杂效应来解释领域，因此，我们使用不同的p掺杂和应变效应来解释我们的结果，缺硫壳域具有n型掺杂效应，而核心域经历拉伸应变和n型掺杂效应。
考虑到缺陷可能会分解,我们证实了我们的多域WS2单层的稳定性，同一多域WS2薄片的共焦拉曼和PL以及光学显微镜图像显示该样品在两年内稳定，没有明显分解，据报道，大多数硫属元素空位被氧原子钝化通过在WS2的S空位位置加入O原子，强WO键是WS2优异环境稳定性的原因。
WS2单层的带隙在2%ε1%的范围内增加，此后,它在+0.5%ε+2%的范围内下降，因此，最大直接带隙(1.98eV)是在-1.0%的应变下获得的，其中WS2单层的带隙随着直接到间接带隙跃迁的应变而减小，我们的DFT计算显示应变引起的带隙变化与以前的工作一致。
例如，据报道WS2的带隙单层因拉伸应变而减少，当拉伸应变达到2.6%,在我们的DFT计算中，带隙的减小及其从直接到间接带隙的转变，至于压缩应变，直接到间接带隙转变是在-1.5%的应变下观察到，带隙变化及其从直接到间接的转变可以通过中原子轨道之间耦合强度的应变诱导改变来解释。
因此，我们展示了WS2的电子能带结构的轨道性质，这种带隙减小的直接到间接带隙跃迁解释了我们在拉曼和PL光谱中的实验结果：我们的核壳结构WS2单层处于应变状态，导致带隙的横向调制.
结论
WS2单分子层的带隙可以通过多种方式进行调制，其中最常见的方法是通过外加电场或化学修饰来实现，外加电场可以通过垂直于WS2层的电场来改变WS2的电子结构，从而调制其带隙，化学修饰可以通过在WS2表面引入不同的官能团来改变其电子结构，从而实现带隙调制。
总之，WS2单分子层的带隙调制是一个多方面的研究方向，可以通过多种方式实现，这些方法的研究将有助于进一步发展WS2单分子层的应用。
