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Dec 22, 2023

Neue Einblicke in die APCVD-gezüchtete MoS2-Monoschicht unter Verwendung der Zeit

Wissenschaftliche Berichte Band 13,

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 4146 (2023) Diesen Artikel zitieren

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In der modernen Zeit ist drahtlose Kommunikation mit ultraschneller Geschwindigkeit das Gebot der Stunde und die Suche nach einer Lösung durch modernste Wissenschaft ist eine neue Perspektive. Um dieses Problem anzugehen, könnten Datenraten in der Größenordnung von Terabit pro Sekunde (TBPS) ein wichtiger Schritt für die Realisierung neuer Netzwerke der sechsten Generation (6G) sein, die das Terahertz-Frequenzregime (THz) nutzen. In diesem Zusammenhang wurde eine neue Klasse von Übergangsmetalldichalkogeniden (TMDs) als potenzielle Kandidaten für die drahtlose THz-Technologie der zukünftigen Generation vorgestellt. Hierin wurde eine Strategie zur Synthese hochwertiger Monoschichten aus Molybdändisulfid (MoS2) mithilfe einer eigens entwickelten Anlage zur chemischen Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck (APCVD) übernommen. Darüber hinaus wurden die Zeitbereichsübertragung und die Schichtleitfähigkeit untersucht sowie ein plausibler Mechanismus der Terahertz-Reaktion für einschichtiges MoS2 vorgeschlagen und mit massivem MoS2 verglichen. Daher stellen die erzielten Ergebnisse einen Grundstein für den Einsatz von Monoschicht-MoS2 als potenzielles Quantenmaterial für Terahertz-Kommunikationsgeräte der nächsten Generation dar.

Die Vision der drahtlosen Konnektivität (Konnektivität der sechsten Generation, 6G) erregt aufgrund ihrer Auswirkungen auf die kommende Ära der superintelligenten Gesellschaft, künstlicher Intelligenz, virtueller Realität, intelligenter tragbarer Geräte, autonomer Fahrzeuge und drahtloser lokaler Netzwerke (WLANs) immer mehr Aufmerksamkeit. , Hochgeschwindigkeitszugkommunikation (HST) und vieles mehr1,2,3. Die Idee hinter 6G besteht darin, das Ziel der Tbit/s-Datenübertragung mit umweltfreundlicher und umweltfreundlicher Konnektivität zu erreichen und so die Lebensqualität der kommenden Generation zu verbessern. Da eine höhere Datenverkehrsrate bei der drahtlosen 6G-Konnektivität zwingend erforderlich ist, ist die Einführung eines nicht ausreichend genutzten Terahertz-Frequenzbands (THz) ein wichtiger Schritt4,5, indem das Betriebsband auf den THz-Frequenzbereich ausgeweitet wird und somit Türen für höhere Datenraten und eine bessere spektrale Effizienz geöffnet werden können geöffnet. Typischerweise bezeichnet der THz-Bereich das Frequenzband zwischen Mikrowellen- und optischen Frequenzen, da sein Spektralbereich zwischen 100 GHz und 10 THz liegt. Dieser Frequenzbereich birgt ein enormes Potenzial für den Einsatz neuartiger futuristischer Technologien, die sowohl auf Photonik als auch auf Elektronik basieren. Für die reale Anwendung des drahtlosen Kommunikationssystems müssen geeignete Materialien für die zugehörigen Komponenten verwendet werden, die effizient und kompakt konstruiert und zusammengebaut werden sollten. Auf der Suche nach gewünschten THz-Materialien beschäftigt sich die wissenschaftliche Gemeinschaft daher nun mit neu aufkommenden 2D-Materialien, die bestehende Massenmaterialien ersetzen können6. Die atomar dünnen Schichtmaterialien gelten aufgrund ihrer neuartigen physikalischen, chemischen und elektronischen Eigenschaften wie thermische Stabilität, höhere Mobilität, größere Leitfähigkeit, Abstimmbarkeit der Bandlücke, breitbandige optische Reaktion und abstimmbare THz-Eigenschaften als außergewöhnlich unterschiedlich. Somit weisen diese Materialien ein großes Potenzial für die dynamische Steuerung der THz-Antwort zusammen mit der THz-Wellenausbreitung7 auf. Eine bestimmte Kategorie von 2D-Materialien, z. B. Übergangsmetalldiachalkogenide (TMDs), haben aufgrund ihrer stabilisierten Trägermobilität und höheren Modulationseffizienz große Aufmerksamkeit erregt. In dieser Serie zeigen einschichtige halbleitende TMDs mit geringer dielektrischer Abschirmung stark gebundene Exzitonen8. Durch die Verwendung geeigneter optischer Anregung können die excitonischen Eigenschaften von TMDs auf die ultraschnelle Reaktionszeit der Photolumineszenz (PL) abgestimmt werden9. Es ist allgemein bekannt, dass die Verdünnung eines Massen-TMDs auf eine Monoschicht oder wenige Schichten die Bandlücke von der indirekten zur direkten Bandlücke verschiebt10. Unter all diesen TMDs könnte MoS2 aufgrund seiner hervorragenden elektronischen und photonischen Eigenschaften bei Raumtemperatur der geeignetste und vielversprechendste Kandidat für THz-Anwendungen sein11,12,13,14. Es gibt mehrere Methoden zum Züchten von MoS2-Monoschichten, von denen der Atmosphärendruck-CVD-Ansatz (APCVD) aufgrund der konsistentesten, qualitativ hochwertigsten, großen Produktions- und Kosteneffizienz sowie der vakuumfreien und kontinuierlichen Inline-Prozesse stark bevorzugt wird .

In aktuellen Untersuchungen wurde hoch reproduzierbares dreieckiges Monoschicht-MoS2 unter Verwendung einer eigens entwickelten kostengünstigen APCVD-Anlage bei „CSIR-NPL“ mit Kalibrierung der Zonentemperatur synthetisiert, wobei der erforderliche Temperaturgradient im gesamten Quarzrohr aufrechterhalten wurde. Der kommerziell erhältliche CVD-Aufbau ist mit einem Zweizonen-Ofensystem inklusive teurem MFC (Mass Flow Controller) ausgestattet, wohingegen wir einen Einzonen-CVD-Ofenaufbau entwickelt haben, der kostengünstig ist und mit einem kalibrierten hochpräzisen Rotameter zur Steuerung ausgestattet ist Inertgasatmosphäre in einem Quarzrohr zur Synthese hochreproduzierbarer Monolagen-MoS2. Die Qualität der dreieckigen MoS2-Monoschicht im Synthesezustand wurde durch mehrere mikroskopische und spektroskopische Standardtechniken charakterisiert und validiert. Der Hauptschwerpunkt der vorliegenden Arbeit liegt auf der Untersuchung der Terahertz-Eigenschaften von Monoschicht-MoS2 mithilfe von Zeitbereichs-Terahertz-Spektroskopie und vergleichenden Studien mit MoS2-Massenmaterial, über die bisher noch nicht berichtet wurde. Darüber hinaus wurde auch der plausible Mechanismus der Terahertz-Eigenschaften im Zusammenhang mit einschichtigem MoS2 im Detail befürwortet, um seine potenzielle Verwendung in neuen Terahertz-Kommunikationsgeräten der nächsten Generation im Vergleich zu massivem MoS2 zu erkennen.

Monoschichtiges MoS2 wurde erfolgreich auf SiO2/Si-Substraten unter Verwendung der einstufigen APCVD-Wachstumstechnik unter Verwendung eines selbst entwickelten Aufbaus bei „CSIR-NPL“, Neu-Delhi, Indien, synthetisiert, wie in Abb. 1 dargestellt. Vor dem APCVD für das Wachstum von Monoschicht-MoS2 wurde Alle im Prozess verwendeten Rohstoffe (MoO3- und S-Pulver) wurden mittels XRD auf Reinheit und Phasenidentifizierung untersucht, wie in Abb. S1a, b dargestellt. Die Qualität des Wachstums, die gewünschte Form und Größe der MoS2-Monoschicht hängt von mehreren wichtigen Parametern ab, wie Wachstumszeit, Wachstumstemperatur, Heizrate, Menge des Gasflusses und Abstand zwischen den Vorläufern15. Die Reaktion der Dampfphase umfasst einen zweistufigen Prozess: Der erste Schritt ist die Bildung der Zwischenphase von MoO3-x, während der die Schwefelung des Oxids stattfindet, wie in Gleichung (1) gezeigt. (1), gefolgt von einer weiteren Sättigung der Schwefelung, um die ordnungsgemäße Substitution von Schwefel anstelle der ungesättigten Sauerstoffatome, die während der ersten Zwischenreaktion gebildet wurden, abzuschließen16,17.

Bildliche Darstellungen von (a) einem im eigenen Labor entwickelten APCVD-Aufbau zur Synthese von Monoschicht-MoS2. (b) Horizontaler Spaltofen und Quarzrohr. (c) Anordnung von Vorläufern und Substrat innerhalb des Ofens in einer Zone mit konstanter Erwärmung vor dem Wachstum und (d) nach dem Wachstum.

Nach der Kombination der obigen Gleichungen erhält man die folgende Gleichung: (1) und (2):

Im Allgemeinen ist eine vollständige Schwefelung für das Wachstum der MoS2-Monoschicht unerlässlich, während eine unvollständige Schwefelung für das Wachstum anderer sekundärer Oxidphasen (MoO2/MoO3) von Molybdän verantwortlich ist. Um eine unvollständige Schwefelung zu vermeiden, kann die Schwefelungsrate gesteuert werden, indem die Position des Schwefelschiffchens in die Mitte der Heizzone geändert wird, in der das Substrat platziert wurde. Darüber hinaus kann durch die Reduzierung des Schwefelanteils im Verhältnis zum Vorläufer (Molybdänoxid; MoO3) das Wachstum hochwertiger dreieckiger Monoschichten aus MoS2 kontrolliert werden. Um den Zustand zu optimieren, wurden jedoch mehrere statistische APCVD-Durchläufe durchgeführt, indem das Gewichtsverhältnis von Schwefel zu MoO3 variiert und unterschiedliche Morphologien sowie die Größe der MoS2-Monoschicht abgeschieden wurden. Die Optimierung einer bestimmten Dreiecksform wurde wie in unseren früheren Studien15,18 beschrieben durchgeführt. Die angepassten Wachstumsbedingungen der vorliegenden Untersuchung wurden im experimentellen Abschnitt ausführlich besprochen. Um die Anzahl der MoS2-Schichten im Hinblick auf eine qualitative Analyse zu validieren, wurde außerdem Raman-Spektroskopie durchgeführt. Vor der Raman-Spektroskopie wurden Form, Größe (laterale Abmessung) und Dickenkontrast der MoS2-Schicht im abgeschiedenen Zustand auf dem SiO2/Si-Substrat mit optischen und Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie-Techniken (FESEM) untersucht, wie in Abb. 2 dargestellt. Die optische In Abb. 2a–c sind mikroskopische Aufnahmen der abgeschiedenen MoS2-Schicht auf SiO2/Si in verschiedenen Vergrößerungen dargestellt. Die Morphologien von APCVD-abgeschiedenem MoS2 erscheinen in dreieckiger Form mit einer maximalen lateralen Größe von 26,06 μm, wie in Abb. 2a gezeigt, und der Kontrast erscheint als atomar dünne Schicht19. Die maximale durchschnittliche laterale Größe wird durch FESEM auf 21,34 μm mit einer Zahlendichte von ~ 0,006/μm2 geschätzt, wie in Abb. 2d–f dargestellt. Die Schätzung der Zahlendichte von Monoschicht-MoS2 wird im Begleithinweis S2 und in Abb. S2a, b (Hintergrundinformationen) ausführlich beschrieben. Die Schätzung der Zahlendichte von Monoschicht-MoS2 basiert auf dem selektiven Bereich des FESEM-Bildes, wie in Abb. S2a dargestellt. Die statistische Flächenverteilung der gewachsenen Monoschicht MoS2 ist in Abb. S2b dargestellt. Die laterale Größe des atomar dünnen, dreieckigen MoS2, das von FESEM erhalten wurde, stimmt mit der lateralen Dimension überein, die aus optischen Mikroaufnahmen erhalten wurde, wie oben gezeigt. Die gleiche atomar dünne dreieckige MoS2-Probe wurde hier aus verschiedenen selektiven Bereichen für optische Mikroaufnahmen und FESEM verwendet. Raman-Spektroskopie wurde durchgeführt, um die Qualität und Anzahl der Schichten des durch APCVD abgeschiedenen MoS2 zu bestätigen, wie in Abb. 3a dargestellt. Die Raman-Ergebnisse zeigen das Vorhandensein von zwei Schwingungsmoden, die mit der Schwingung von Mo- und S-Atomen in der Ebene (E12g) bei 381,57 cm−1 bzw. der Schwingung von S-Atomen außerhalb der Ebene (A1g) bei 401,04 cm−1 zusammenhängen . Der Frequenzunterschied (Δk) zwischen den E12g- und A1g-Modi beträgt 19,47 cm−1 an drei verschiedenen räumlichen Positionen des Dreiecks, die zufällig ausgewählt wurden, und die Peakbreite wird anhand der Halbmaxima in voller Breite (FWHM) des E12g-Modus geschätzt und beträgt 4,76 cm −1 stimmen gut mit den zuvor berichteten Werten der APCVD-gewachsenen Monoschicht MoS218,20,21,22,23,24,25 überein. Darüber hinaus wurde eine Raman-Kartierung durchgeführt, um die Gleichmäßigkeit der Schwingungsmoden auf der gesamten dreieckigen Oberfläche der abgeschiedenen MoS2-Monoschicht aufzudecken. Die Raman-Kartierungsbilder der dreieckigen Oberfläche der abgeschiedenen Monoschicht MoS2 belegen die gleichmäßige räumliche Verteilung der Raman-Intensität für E12g- und A1g-Schwingungsmodi über die Oberfläche, wie in Abb. 3b, c dargestellt. Somit bestätigt die Raman-Kartierung, dass die gewachsene MoS2-Schicht, die aus dreieckigen Formen besteht, von Natur aus einschichtig ist. Darüber hinaus wurde das Absorptionsspektrum von Monoschicht-MoS2 zur Bestimmung des optischen Übergangs aufgezeichnet, wie in Abb. S3 dargestellt. Das UV-sichtbare Absorptionsspektrum und das Tauc-Diagramm von Monoschicht-MoS2 sind in Abb. S3a bzw. b dargestellt. Der A-Exzitonenpeak (632 nm) entsteht aufgrund des direkten Exzitonenübergangs, während der B-Exzitonenpeak (612 nm) aufgrund der Spin-Bahn-Kopplung entsteht, wie in Abb. S3a dargestellt. Die Tauc-Gleichung wurde verwendet, um die direkte Bandlücke von Monoschicht-MoS2 zu berechnen, die 1,82 eV beträgt, wie in Abb. S3b gezeigt.

wobei α: Absorptionskoeffizient, h: Plancksches Wirkungsquantum, ν: Frequenz, A: Proportionalitätskonstante, z. B. Bandlückenenergie, γ: Art des elektronischen Übergangs (für direkten erlaubten Übergang, γ = 2)

Optische und FESEM-Charakterisierungen. (a–c) Optische Bilder. (d–f) FESEM-Bilder in verschiedenen Vergrößerungen von APCVD-gewachsener Monoschicht MoS2 über einem 300 nm dicken Si/SiO2-Substrat, Maßstabsleiste ist angegeben.

Raman-Spektren und Raman-Kartierung. (a) Raman-Spektren einer dreieckigen MoS2-Monoschicht auf einem 300 nm dicken SiO2/Si-Substrat an drei seiner Ecken, dargestellt mit ihrer Frequenzdifferenz der Schwingungsmoden innerhalb und außerhalb der Ebene. Raman-Kartierung einer dreieckigen MoS2-Monoschicht in Bezug auf die Schwingungsspitzenintensität. (b) In der Ebene E12g. (c) Außerhalb der Ebene A1g wird der Maßstabsbalken erwähnt.

Darüber hinaus wurde Photolumineszenz (PL) eingesetzt, um die Qualität der MoS2-Monoschicht bei Raumtemperatur zu analysieren, wie in Abb. 4a dargestellt. Die PL-Spektren einer dreieckigen MoS2-Monoschicht zeigen bei Anregung mit einem Diodenlaser mit einer Wellenlänge von 532 nm (2,33 eV) zwei deutliche Emissionspeaks. Unter ihnen liegt einer der stärksten A-exzitonischen Emissionspeaks im Bereich von 675 nm (1,83 eV) bis 686 nm (1,80 eV) und ist bei 680,86 nm (1,82 eV) zentriert. Während ein weiterer vergleichsweise schwacher excitonischer Emissionspeak B im Bereich von 624 nm (1,98 eV) bis 642 nm (1,93 eV) liegt und bei 633,82 nm (1,95 eV) zentriert ist. Die exzitonischen Emissionspeaks A und B entstehen durch direkte Spinsplit-Übergänge am K-Punkt der Brillouin-Zone26,27,28,29. Das PL-Emissionsintensitätsverhältnis des Exzitonenpeaks A zu B wurde mit 1,77 berechnet, was wiederum die gute Qualität der Monoschicht-MoS2 bestätigt. Die höhere Intensität des excitonischen Peaks A als B impliziert den direkten Bandübergang in der Monoschicht MoS2. Somit legt das erhaltene PL-Ergebnis nahe, dass die Qualität des MoS2 von Natur aus einschichtig ist und eine direkte Bandlücke von 1,82 eV aufweist, verglichen mit der indirekten Bandlücke von Bulk-MoS2, d. h. 1,23 eV, was auch durch die oben geschätzte Bandlücke aus der Absorption weiter gestützt wird Spektrum unter Verwendung des Tauc-Diagramms und stimmt gut mit mehreren kürzlich veröffentlichten PL-Ergebnissen überein18,30. Darüber hinaus wurde eine Entfaltungsanalyse des beobachteten PL-Spektrums durchgeführt, indem drei Gaußsche Peaks, nämlich das neutrale Exziton (A0), das negative Trion (A−) und das B-Exziton, angepasst wurden. Die A0- und B-Exzitonenpeaks sind mit dem direkten Bandlückenübergang am K-Punkt in der Brillouin-Zone verbunden, wobei die Energie von der starken Valenzband-Spin-Bahn-Kopplung abgespalten wird, wie in Abb. 4b dargestellt. Das Entfaltungsergebnis des PL-Spektrums zeigt eine Ao-Exzitonenenergie von 1,82 eV21, während die A-Trionenenergie 1,79 eV18 betrug. Es wird beobachtet, dass die PL-Intensität von Ao im Vergleich zu A-Trion viel höher ist, wie in Abb. 4b gezeigt. Darüber hinaus wurde zum besseren Verständnis des PL-Emissionsprozesses sowie der Dominanz des Ao-Exzitons im Vergleich zum A-Trion in der synthetisierten Monoschicht MoS2 ein Energieniveaudiagramm vorgeschlagen, wie in Abb. 4c dargestellt. Dieses Energieniveaudiagramm hilft auch, den Unterschied im PL-Prozess zwischen dem indirekten Übergang von MoS2 in großen Mengen und dem direkten Übergang von Monoschichten zu verstehen. Die auf Bulk-MoS2-Modellen basierende theoretische Vorhersage schätzt die indirekte Bandlücke von Bulk-MoS2 auf ~ 1,23 eV26. Im Fall von Monoschicht-MoS2 ist es jedoch interessant zu wissen, dass ein excitonischer Peak aufgrund der Änderung der excitonischen Bindungsenergie oder der Lücke zwischen dem niedrigsten Leitungsband (CB) und dem höchsten Valenzband am K-Punkt der Brillouin-Zone entsteht . Als bemerkenswertes Merkmal konnte festgestellt werden, dass die PL-Intensität des A-Exzitons stark zunimmt, während die PL-Intensität des B-Exzitons nahezu konstant bleibt, wie auch von vielen Forschungsgruppen experimentell beobachtet wurde, wenn die Schichtdicke von nur wenigen Schichten und einer Doppelschicht zu einer Monoschicht abnimmt einschließlich unserer früheren Arbeiten im Zusammenhang mit der Quantifizierung der Anzahl der MoS2-Schichten mittels PL-Spektroskopie19. Andererseits ist im Fall von MoS2 in großen Mengen die PL-Intensität der A- und B-Exzitonen nahezu ähnlich31,32. Während das Vorhandensein einer starken Verstärkung des A-Exzitons in Monoschicht-MoS2 im Vergleich zur Masse durch den indirekten zu direkten Bandlückenübergang impliziert werden kann, wie in Abb. 4a sowie im vorgeschlagenen Energieniveaudiagramm in Abb. 4c gezeigt, wo der starke Kontrast besteht des B-Exzitons zeigt eine nahezu konstante Intensität, selbst wenn die Dicke von Mono- auf Doppelschicht geändert wird, wie auch in unseren früheren Studien berichtet19. Auf der Grundlage experimenteller Beobachtungen stellt das vorgeschlagene Energieniveaudiagramm die exzitonischen A- und B-Übergänge dar, einschließlich der Möglichkeit einer Dominanz des Vorhandenseins des Ao-Exzitons im Vergleich zum A-Trion-Defektniveau, das durch Ladungsverunreinigungen im Synthesezustand entsteht Monoschicht MoS2. Das geringere Vorhandensein eines A-Trion-Defektniveaus zeigt die bessere Kristallqualität der synthetisierten Monoschicht MoS2. Darüber hinaus erzeugt die Dominanz der Ao-Exciton-Wechselwirkung mit Leitungsbandelektronen höherer Energie eine starke ladungsdynamische Kopplung, die sich stark auf die Erzeugung von Terahertz-Eigenschaften auswirkt, wie in den THz-TDS-Ergebnissen weiter verdeutlicht wird. Darüber hinaus wurde die räumliche PL-Intensitätsverteilung und Gleichmäßigkeit der einzelnen dreieckigen MoS2-Monoschichten auf der gesamten Oberfläche mithilfe der PL-Mapping-Technik untersucht, bei der ein 532-nm-Diodenlaser als Anregungsquelle mit einer Punktgröße von 1 μm verwendet wurde, wie in Abb. 4d gezeigt . Das Ergebnis der PL-Kartierung zeigt, dass die PL-Intensität der so synthetisierten Monoschicht MoS2 ausgezeichnet ist und im gesamten dreieckigen Bereich nahezu gleichmäßig ist33.

PL-Charakterisierung und -Mechanismus. (a) PL-Spektrum von Monoschicht-MoS2 über 300 nm dickem SiO2/Si-Substrat. (b) Entfaltetes PL-Spektrum von Monoschicht-MoS2. (c) Vorgeschlagenes Energieniveaudiagramm. (d) PL-Kartierung von Monoschicht-MoS2 in Bezug auf einen excitonischen Peak, Maßstabsleiste wird erwähnt.

Darüber hinaus wurde die Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie (THz-TDS) durchgeführt, um die Terahertz-Eigenschaften von abgeschiedenem Monoschicht-MoS2 und Bulk-MoS2 auf Saphirsubstrat mittels APCVD-Technik zu untersuchen, wie in Abb. S434 dargestellt. Um den Bedarf an einem hochohmigen Substrat zu decken und die Leitungsverluste im Substrat35 für THz-TDS-Messungen zu beseitigen, wurde das Saphirsubstrat für das Wachstum einer Monoschicht MoS2 ausgewählt. Die bereits optimierten Wachstumsparameter wurden für das Wachstum auf Saphirsubstrat verwendet, wie im experimentellen Teil besprochen. Um die Qualität des aufgewachsenen Materials auf Saphir zu validieren, wurden auch optische Mikroskopie und Raman-Spektroskopie an Saphirsubstraten durchgeführt und in den Abbildungen dargestellt. S5 bzw. S6. Ein Femtosekundenlaser (FS) in Kombination mit fotoleitenden Schaltantennen wird zur Erzeugung und Detektion von Terahertz-Pulsen verwendet, um THz-TDS an den Proben durchzuführen. Kurz gesagt verwendet die THz-TDS-Technik einen FS-Laserstrahl, der sich weiter in zwei Teile aufteilt. Der tatsächliche Aufbau von THz-TDS, wie in Abb. 5a, b gezeigt, zeigt eine schematische Darstellung des THz-TDS-Mechanismus. Im THz-TDS-Aufbau wurden die Laserstrahlanordnungen auf zwei verschiedene Pfade angepasst, um THz zu erzeugen und zu erkennen. Im ersten Pfad wandert der geteilte Laserstrahl direkt zum Terahertz-Emitter, wo er mit der PCA (fotoleitende Antenne) interagiert, um THz-Impulse zu erzeugen, während im anderen Pfad der geteilte Strahl den Detektor erreicht, um den erzeugten THz-Impuls zu erkennen, der ihn passiert durch die Probe (MoS2 auf Saphirsubstrat in dieser Studie) (siehe Abb. 5b). Auf diese Weise werden erkannte Terahertz-Impulse im Zeitbereich durch schnelle Fourier-Transformationen (FFT) weiter in Frequenzbereichsspektren umgewandelt, was zu einem komplexen Frequenzbereichsspektrum führt, wie in der folgenden Gleichung dargestellt:

Aufbau der Zeitbereichs-Terahertz-Spektroskopie. (a) Bildansicht des Zeitbereichs-Terahertz-Spektroskopiesystems und Einschübe zeigen die Anordnung von Parabolspiegeln und Probenhalter. (b) Schematische Darstellung des THz-TDS-Mechanismus.

Daher kann THz-TDS Informationen sowohl über Amplitude als auch Phase liefern. Darüber hinaus können solche Transmissionsmessungen bei geeigneter Referenzierung frequenzabhängige Informationen zu verschiedenen optischen Parametern wie Leitfähigkeit, Brechungsindex, Absorptionskoeffizient usw. des untersuchten Materials liefern. Es fällt auf, dass die THz-TDS bei Raumtemperatur in trockener Atmosphäre durchgeführt werden, um den Einfluss der Luftfeuchtigkeit in der Atmosphäre zu neutralisieren und so die echten Reaktionen von MoS2 so genau wie möglich zu erfassen. Die Präzision der Messung der Zeitbereichs-Terahertz-Spektroskopie wurde in Luft sowie mit bekannten kommerziellen Proben für die Terahertz-Spektroskopie hinsichtlich Empfindlichkeit, Transmission und Schichtleitfähigkeit kalibriert.

Darüber hinaus wurde die Tinkham-Näherung zur Analyse des Verhaltens ultradünner Filme aus einschichtigem MoS236 verwendet. Daher werden frequenzabhängige Leitfähigkeiten mithilfe der folgenden Beziehungen geschätzt:

hier FFT: Schnelle Fourier-Transformation, T (\({\upomega }\)): Transmission, ns: Brechungsindex des Substrats, Z0: Vakuumimpedanz (377 Ω), Beispiel(\({\upomega }\)): THz EF-Signal durch Probe, Esubstrate(\({\upomega }\)): THz-EF-Signal durch blankes Substrat

Die Beobachtungen für die Zeitbereichs-Terahertz-Spektroskopie wurden in dichteren Bereichen dreieckiger MoS2-Monoschichten (größer als die Terahertz-Fleckgröße) durchgeführt, was vor der Messung durch optische Mikroskopie bestätigt wurde. Abbildung 6 zeigt das durch die Monoschicht MoS2 übertragene Terahertz-Signal. Der durch die Monoschicht MoS2 gesendete Terahertz-Puls wurde zunächst mittels FFT in Frequenzbereichsspektren umgewandelt und weiter analysiert. THz-TDS-Messungen von Monoschicht-MoS2 zeigen, dass Monoschicht-MoS2 Strahlungen modulieren und eine gewisse Empfindlichkeit im THz-Bereich zeigen kann, wie in Abb. 6a–d dargestellt. Die THz-Impulse, die durch die Monoschicht MoS2 auf dem Saphirsubstrat zusammen mit dem blanken Saphirsubstrat36 übertragen werden, sind in Abb. 6a dargestellt. Allerdings ist Abb. 6b die vergrößerte Ansicht der in Abb. 6a gezeigten Impulse, um die Änderungen der übertragenen Impulse genau darzustellen. Darüber hinaus sind in Abb. 6d die mithilfe der Tinkham-Beziehung extrahierten THz-Leitfähigkeiten für den Frequenzbereich 0,2–1,2 THz dargestellt. Das Transmissionsspektrum durch Monoschicht-MoS2 zeigt eine hohe Transmission von fast 94–97 %, was auf die höhere Energiebandlücke in Monoschicht-MoS2 zurückzuführen ist, wie in Abb. 6c dargestellt. Die extrahierte Schichtleitfähigkeit von APCVD-gewachsenem Monoschicht-MoS2 beträgt etwa 1,3304 × 10–4 bis 4,42 × 10–4 S/m für den ähnlichen THz-Frequenzbereich. Die beobachteten ungewöhnlichen Schwankungen der Leitfähigkeit können auf der Grundlage der Ligandenfeldtheorie erklärt werden. Es liegen jedoch keine früheren direkten Beweise für die gleichen Auswirkungen vor. Im Allgemeinen resultiert diese Theorie aus der Kombination der Prinzipien der Molekülorbitaltheorie und der Kristallfeldtheorie, die den Verlust der Entartung von Metall-d-Orbitalen in Übergangsmetallkomplexen beschreiben. Es ist interessant zu beobachten, dass aufgrund des in Monoschicht-MoS2 beobachteten Quanteneinschlusseffekts eine geringe Absorption des THz-Signals und eine Blauverschiebung festgestellt wurden. Es trat eine starke Spin-Bahn-Kopplung zwischen den Leitungsbandelektronen mit dem direkten Bandübergang des A0-Exzitons auf, was auch durch die zuvor diskutierten beobachteten PL-Ergebnisse gestützt wird. Darüber hinaus wurde zur besseren Klarheit ein plausibler Mechanismus vorgeschlagen, um die herausragenden THz-Eigenschaften von atomar dünner MoS2-Monoschicht im Vergleich zu massivem MoS2-Kristall zu erklären, wie in Abb. 7 dargestellt. Vor der Durchführung des THz-TDS an massivem MoS2 wurde die Reinheit von Der Kristall wurde mithilfe von XRD- und Raman-Spektroskopietechniken untersucht, wie in den Abbildungen gezeigt. S7 bzw. S8. In den vorliegenden Untersuchungen wird ein THz-Strahl (mit einer Punktgröße von 3–4 mm) durch eine einschichtige MoS2-Probe auf dem Substrat geleitet. Gleichzeitig wird das Substrat auch vor der Abscheidung einer MoS2-Monoschicht darauf gemessen, wie in Abb. S9 dargestellt. Schließlich wird das durch (MoS2 + Substrat) geleitete THz-Signal normalisiert, wobei das THz-Signal nur durch das Substrat geleitet wird. Auf diese Weise haben wir die intrinsische wahre Reaktion der Monoschicht MoS2 erfasst, die keinen Beitrag vom Substrat leistet. Die Abb. 7a–c stellen den Zustand dar, in dem das Terahertz-Signal mit der Masse von MoS2 interagiert. Das Bulk-MoS2 hat aufgrund der kontinuierlichen Valenz- und Leitungsbänder mit indirektem Übergang (Bandlücke; Eg = 1,23 eV) eine geringere Übertragung des THz-Signals, was zu einer größeren Träger-Träger-Streuung (2 ps)37 und einer Träger-Phonon-Streuung (20 ps) führt )37 und Intervallstreuung (2,6 ns)37. Im Fall von Monoschicht-MoS2 ist jedoch aufgrund des Quanteneinschlusseffekts ein direkter Übergang (Bandlücke; Eg = 1,82 eV) mit diskreten Energieniveaus und damit defektunterstützter Streuung (< 500 fs)37 und Träger-Phonon-Streuung (80 ps) vorhanden ) 37 sind weniger dominierend, wie in Abb. 7d–f gezeigt. Daher verhalten sich Transmission und Schichtleitfähigkeit bei dünner MoS2-Monoschicht unterschiedlich, während es bei MoS2 in großen Mengen deutlich zu einer Löschung kommt. Darüber hinaus wird das Terahertz-Signal effizient durch einschichtiges MoS2 übertragen, da zwischen einfallenden und übertragenen Terahertz-Signalen ein Resonanzphänomen auftritt, das einen größeren Spielraum für die Abstimmbarkeit für zukünftige THz-Anwendungen bieten kann38. Dieses Resonanzphänomen tritt auf, da sich die Impulsbreite des Terahertz-Signals besser mit der MoS2-Monoschicht synchronisiert, da die direkte Intraband-Übergangszeit 350 fs früher für MoS2-Monoschicht berichtet9 ist und viel kleiner ist als die Impulsbreite des Terahertz-Signals, wie in Abb. 7e dargestellt. Im Fall von massivem MoS2 synchronisiert sich der Terahertz-Puls jedoch nicht mit der Pulsbreite des Terahertz-Signals, da die indirekte Bandübergangszeit im Bereich von ps liegt, was viel größer ist als die Pulsbreite des Terahertz-Signals im Bereich von fs. Dies könnte zu einem erheblichen Verlust des Terahertz-Signals im MoS2-Volumen führen, wodurch die Intensität des Terahertz-Signals im MoS2-Volumen erheblich abnehmen könnte, wie im vorgeschlagenen Mechanismus in Abb. 7b gezeigt, und zu einem erheblichen Verlust des Terahertz-Signals führen könnte, wie auch von anderen Forschungsgruppen beobachtet wurde Masse MoS239. Wir haben außerdem zwei weitere Messungen für Monoschicht-MoS2 an unterschiedlich dichteren Orten durchgeführt, um die sukzessive Wiederholbarkeit der Ergebnisse sicherzustellen, wie in Abb. S9 dargestellt. Somit rechtfertigen die Ergebnisse der Zeitbereichsspektroskopie von einschichtigem MoS2-Quantenmaterial seine potenzielle Verwendung in der drahtlosen Kommunikation und spornen uns auch dazu an, weitere Untersuchungen zur ultraschnellen, Pump-Probe- und 2D-kohärenten Spektroskopie durchzuführen, um die geeigneten THz-Geräte der nächsten Generation zu entwickeln, die unsere sein werden zukünftiger Studienschwerpunkt.

Zeitbereichs-Terahertz-Spektroskopie. (a) THz-Signal, übertragen durch Monoschicht MoS2 auf Saphirsubstrat. (b) Vergrößerte Ansicht des übertragenen THz-Impulses. (c) Übertragene THz-Amplitude durch einschichtiges MoS2, das auf einem Saphirsubstrat gewachsen ist. (d) Extrahierte Schichtleitfähigkeit von MoS2-Monoschicht auf Saphirsubstrat im THz-Frequenzbereich.

Vergleichende Untersuchung der THz-Eigenschaften von Bulk- und Monoschicht-MoS2. (a) THz-Signal, das auf MoS2-Masse einfällt. (b) THz-Signal, übertragen durch Bulk-MoS2. (c) Energieniveaudiagramm von Bulk-MoS2. (d) THz-Signal, das auf die Monoschicht MoS2 fällt. (e) THz-Signal, übertragen durch Monoschicht MoS2. (f) Energieniveaudiagramm der Monoschicht MoS2.

Es wurde eine erfolgreiche Strategie zur Synthese hochwertiger Monoschicht-MoS2 unter Verwendung einer eigens entwickelten APCVD-Anlage am CSIR-NPL, Neu-Delhi, Indien, vorgeschlagen. Die optischen und spektroskopischen Charakterisierungen von Monoschicht-MoS2 wurden durch optische Mikroskopie, Raman-, UV-Vis- und PL-Spektroskopietechniken qualitativ validiert, die das abgeschiedene MoS2 als Monoschicht in der Natur weiter quantifizierten. Darüber hinaus wurde die Gleichmäßigkeit und räumliche Intensitätsverteilung über die gesamte Oberfläche von Monoschicht-MoS2-Kristallen durch PL- und Raman-Kartierung sichergestellt und auch die unterschiedlichen Vibrationen von Mo- und S-Atomen in der Ebene und außerhalb der Ebene wurden durch die Kartierung von E12g bei 381,57 cm− untersucht 1 bzw. A1g bei 401,04 cm−1. Die Morphologien und durchschnittlichen lateralen Größen von ~ 21,34 µm der dreieckigen Monoschicht MoS2 wurden durch FESEM bestätigt. Darüber hinaus zeigen THz-TDS-Studien Leitfähigkeiten im Bereich von 1,3304 × 10–4 – 4,42 × 10–4 S/m für Monoschicht-MoS2 im Frequenzbereich von 0,2–1,2 THz-Frequenzdomäne. Die unerforschten Terahertz-Eigenschaften von Monoschicht-MoS2 wurden ausführlich erklärt und erfolgreich ein plausibler Mechanismus zur Erforschung der durch Elektron-Photon-Wechselwirkung in Monoschicht-MoS2 eingeführten optischen Absorption vorgeschlagen, einschließlich der Rolle der Exzitonenträgerdynamik von Monoschicht-MoS2 aufgrund des Quanteneinschlusseffekts, und das Argument gestützt durch beobachtete PL- und Terahertz-Eigenschaften. Somit zeigen die erhaltenen optoelektronischen Terahertz-Eigenschaften das Potenzial von Monoschicht-MoS2 als wirkungsvollem Quantenmaterial im Vergleich zu Massen-MoS2, um an der Entwicklung kompakter Terahertz-Kommunikationsgeräte der nächsten Generation teilzunehmen.

Für die Synthese von Monoschicht-MoS2 wurde ein im eigenen Labor entwickeltes APCVD-Set verwendet, wie in Abb. 1 dargestellt. Das APCVD-Wachstum von Monoschicht-MoS2 wurde durch Variation der Wachstumsparameter wie Gasfluss, Menge der Vorläufer, Abstand zwischen Keramikschiffchen und Heizrate optimiert usw.40. Bei diesem Prozess werden sowohl Metalloxid- als auch Chalkogenidvorläufer bei unterschiedlichen Wachstumstemperaturen in einem horizontalen Quarzrohrofen verdampft. Es wurden mehrere statistische APCVD-Durchläufe durchgeführt, um den Zustand auf der Grundlage der oben genannten Parameter zu optimieren. Der optimale Zustand wurde mit 15 mg MoO3 (99,9 %, Sigma Aldrich) und 100 mg Schwefel (S) (CDH Delhi) in Pulverform in Keramikschiffchen (jeweils 9 cm Länge) erreicht und in der Heizzone des Ofens (24) platziert cm voneinander entfernt) in einem Quarzrohr (Spezifikationen: 12,27 cm Länge, 6 cm Innendurchmesser, 6,5 cm Außendurchmesser) in einem horizontalen Spaltofen. Darüber hinaus wurden gereinigte SiO2/Si-Substrate mit der Vorderseite nach unten auf einem Keramikschiffchen im Ofen gehalten. Vor dem Erhitzen des Röhrchens wurde es mit einer Rotationspumpe auf einen Vakuumdruck von 4,2 Torr evakuiert, um jegliche Kontamination mit Sauerstoff während des Wachstums zu vermeiden. Darüber hinaus wurde das Rohr mit 480 sccm Argon (Ar)-Gas gespült, um verschiedene Arten absorbierter Verunreinigungen im Rohr wie Feuchtigkeit, Staub usw. zu entfernen.16 Diese inerte Umgebung der Röhre verhindert jegliche Reaktion mit Fremdpartikelverunreinigungen während des Wachstumsprozesses. Die Heizrampe wurde für 30 Minuten eingerichtet und in zwei aufeinanderfolgenden Schritten abgeschlossen21,40,41. Im ersten Schritt wurde der Gasfluss wie zuvor (480 sccm) bis zu 300 °C mit einer Anstiegsrate von 14 °C/min aufrechterhalten. Im zweiten Schritt wurde die Gasdurchflussrate auf 120 sccm reduziert und die Anstiegsrate auf bis zu 23 °C/min erhöht. Dann begann die Dampfphasenreaktion und das Wachstum wurde 5 Minuten lang41 bei 655 °C durchgeführt. Nach dem Wachstum ließ man den Ofen auf natürliche Weise abkühlen. Der Inertgasstrom wurde im Rohr aufrechterhalten, bis der Ofen auf 100 °C abgekühlt war16,34. Nach der erfolgreichen Abscheidung der Monoschicht MoS2 auf dem SiO2/Si-Substrat wurde beobachtet, dass sich die Farbe des Substrats von der Körperfarbe vor der Durchführung des APCVD-Prozesses unterschied. Nach erfolgreicher Abscheidung wurde die MoS2-Monoschicht unter einem optischen Mikroskop und anderen Charakterisierungstechniken analysiert, um die Natur und Qualität der Monoschicht zu validieren. Die optimalen Bedingungen wurden auch durch mehrere aufeinanderfolgende statistische Läufe untersucht und schließlich wurde die Strategie entwickelt, hoch reproduzierbare Monoschicht-MoS2 mithilfe der eigens entwickelten APCVD zu züchten.

Um die Qualität und Reinheit der Vorläufer vor dem Monoschichtwachstumsprozess mithilfe der APCVD-Methode zu überprüfen, wurde eine Röntgenbeugung (XRD) für kommerziell erworbenes MoO3-Pulver, S-Pulver und MoS2-Kristall mit einem von Rigaku hergestellten Mini Flex II-Röntgendiffraktometer mit Cu Kα1 durchgeführt (λ = 1,5418 Å) Strahlungsquelle. Um die synthetisierte Monoschicht MoS2 über dem SiO2/Si-Substrat (GMS-Indien) sichtbar zu machen, wird optische Mikroskopie durchgeführt. Im Hellfeldmodus wird das LEXT 3D-Messlasermikroskop OLS5100 mit den Objektivlinsen MPLAPON50XLEXT, MPLAPON100XLEXT mit NA und einem Arbeitsabstand von 0,95 bzw. 0,35 mm eingesetzt. Mithilfe der Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FESEM) wurde die Oberflächenmorphologie mit Carl ZEISSSUPRA40 VP untersucht. Darüber hinaus wurde die Raman-Spektroskopie von Monoschicht-MoS2 und massivem MoS2-Kristall unter Verwendung des konfokalen Raman-Mikroskops inViaTM von Renishaw (Vergrößerung: 50x, 100x) durchgeführt. Als Anregungsquelle wurde eine Laserwellenlänge von 532 nm/2,33 eV Energie im Rückstreumodus bei Raumtemperatur ausgewählt. Das UV-sichtbare Absorptionsspektrum der Monoschicht wurde mit einem UV-Vis-Spektrometer (AvaLight-DH-S-BAL) aufgezeichnet, um die excitonischen Zustände zu beobachten. Die komplementäre PL-Spektroskopie wurde mit demselben Raman-Instrument mit Konfigurationsänderung bei Raumtemperatur durchgeführt. Die Raman- und PL-Mappings wurden auch mit derselben konfokalen inViaTM-Ausrüstung von Renishaw bei unterschiedlichen räumlichen Mapping-Konfigurationen durchgeführt. Die Terahertz-Eigenschaften von Monoschicht-MoS2 wurden mit Hilfe von THz-TDS mit TOPTICA FemtoErb THz FD6.5 eingehend untersucht (Spezifikationen: Laserstrahlung 1560 nm, Wiederholungsrate 100 MHz, Laserleistung 80 mW).

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Pawar, AY et al. Terahertz-Technologie und ihre Anwendungen. Arzneimittel erfinden. Heute 5, 157–163 (2013).

Artikel Google Scholar

Serghiou, D. et al. Phänomene der Terahertz-Kanalausbreitung, Messtechniken und Modellierung für drahtlose 6G-Kommunikationsanwendungen: Eine Übersicht, offene Herausforderungen und zukünftige Forschungsrichtungen. IEEE-Komm. Überleben. Tutor. 24, 1957–1996 (2022).

Artikel Google Scholar

Koelemeij, J. et al. Ein hybrides optisch-drahtloses Netzwerk für die terrestrische Positionierung im Dezimeterbereich. Natur 611, 473–478 (2022).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Chowdhury, MZ et al. Drahtlose 6G-Kommunikationssysteme: Anwendungen, Anforderungen, Technologien, Herausforderungen und Forschungsrichtungen. IEEE Open J. Commun. Soc. 1, 957–975 (2020).

Artikel Google Scholar

Devi, KM, Jana, S. & Chowdhury, DR Topologische Randzustände in einem vollständig dielektrischen photonischen Terahertz-Kristall. Opt. Mater. Express 11(8), 2445–2458 (2021).

Artikel ADS Google Scholar

Goel, N. & Kumar, M. 2D-Materialien für Terahertz-Anwendungen. Nano Express 2, 031001 (2021).

Artikel ADS Google Scholar

Abohmra, A. et al. Zweidimensionale Materialien für zukünftige drahtlose Terahertz-Kommunikation. IEEE Open J. Antennas Propag. 3, 217–228 (2022).

Artikel Google Scholar

Shi, J. et al. THz-Photonik in zweidimensionalen Materialien und Metamaterialien: Eigenschaften, Geräte und Perspektiven. J. Mater. Chem. C 6, 1291–1306 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Docherty, CJ et al. Ultraschnelle transiente Terahertz-Leitfähigkeit von Monoschichten aus MoS2 und WSe2, die durch chemische Gasphasenabscheidung gewachsen sind. ACS Nano 8, 11147–11153 (2014).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Splendiani, A. et al. Aufkommende Photolumineszenz in einschichtigem MoS2. Nano Lett. 10, 1271–1275 (2010).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Wei, L. et al. Elektronische und elastische Eigenschaften von MoS2. Physik. B 405, 2498–2502 (2010).

Artikel ADS Google Scholar

Yue, Q. et al. Mechanische und elektronische Eigenschaften von Monoschicht-MoS2 unter elastischer Spannung. Physik. Lette. A 376, 1166–1170 (2012).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Ermolaev, GA et al. Breitbandige optische Eigenschaften von Monoschicht- und Bulk-MoS2. npj 2D Mater. Appl. 4, 21 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Mak, K. et al. Atomar dünnes MoS2: Ein neuer Halbleiter mit direkter Bandlücke. Physik. Rev. Lett. 105, 136805 (2010).

Artikel ADS PubMed Google Scholar

Bradford, J. Wachstum und Charakterisierung zweidimensionaler Materialien und ihrer Heterostrukturen auf SiC. Doktorarbeit, Queensland University of Technology (2019).

Guo, Y. et al. Vertikale MoO3-MoS2-Heterostrukturen, synthetisiert über ein einstufiges CVD-Verfahren für die Optoelektronik. 2D-Materialien 8, 035036 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Luo, B. Chemische Gasphasenabscheidung sauberer und reiner MoS2-Kristalle durch Hemmung von MoO3−x-Zwischenprodukten. CrystEngComm 23, 146–152 (2020).

Google Scholar

Papanai, GS et al. Neue Einblicke in das Wachstum einschichtiger MoS2-Flocken mithilfe eines eigens entwickelten CVD-Aufbaus: Eine Studie zur Formentwicklung und Spektroskopie. Mater. Chem. Vorderseite. 5, 5429–5441 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Papanai, GS et al. Qualitative Analyse mechanisch abgeblätterter MoS2-Nanoblätter mithilfe spektroskopischer Sonden. J. Phys. Chem. C 123, 27264–27271 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Li, F. et al. Anomale Gitterschwingungen von CVD-gewachsener MoS2-Monoschicht, untersucht mit linear polarisiertem Anregungslicht. Nanoscale 11, 13725–13730 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Han, T. et al. Untersuchung der Wachstumsverbesserung von großformatigem, qualitativ hochwertigem Monoschicht-MoS2 durch APCVD. Nanomaterialien 9, 433 (2019).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Li, X. et al. Isotopen-Engineering der Wärmeleitfähigkeit von zweidimensionalem MoS2. ACS Nano 13, 2481–2489 (2019).

CAS PubMed Google Scholar

Yu, Y. et al. Kontrollierte skalierbare Synthese einheitlicher, hochwertiger einschichtiger und mehrschichtiger MoS2-Filme. Wissenschaft. Rep. 3, 1–6 (2013).

Artikel Google Scholar

Wang, Q. et al. Hochorientiertes Monoschicht-MoS2 im Wafermaßstab mit großen Domänengrößen. Nano Lett. 20, 7193–7199 (2020).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Yalon, E. et al. Temperaturabhängige thermische Grenzleitfähigkeit von Monoschicht-MoS2 mittels Raman-Thermometrie. ACS-Appl. Mater. Schnittstellen 9, 43013–43020 (2017).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Cheiwchanchamnangij, T. & Lambrecht, WRJPRB Quasipartikel-Bandstrukturberechnung von Monoschicht, Doppelschicht und Bulk-MoS2. Physik. Rev. B 85, ​​205302 (2012).

Artikel ADS Google Scholar

Mueller, T. & Malic, EJNDM Exzitonenphysik und Geräteanwendung zweidimensionaler Übergangsmetalldichalkogenid-Halbleiter. npj 2D Mater. Appl. 2, 1–12 (2018).

Artikel ADS Google Scholar

Steinhoff, A. et al. Effiziente exzitonische Photolumineszenz in direkter und indirekter Bandlücken-Monoschicht MoS2. Nano Lett. 15, 6841–6847 (2015).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Kim, JG et al. Einfluss von Zwischenschichtwechselwirkungen auf die Exzitonenlumineszenz in atomar geschichteten MoS2-Kristallen. Wissenschaft. Rep. 6, 1–7 (2016).

CAS Google Scholar

Chowdhury, S. et al. Zweistufiges Wachstum gleichmäßiger einschichtiger MoS2-Nanoblätter durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung. ACS Omega 6, 10343–10351 (2021).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kim, T. & Shin, JC Strukturdefekte in einem Nanonetz aus massivem MoS2 unter Verwendung einer anodischen Aluminiumoxid-Vorlage zur Verbesserung der Photolumineszenzeffizienz. Wissenschaft. Rep. 8, 6648 (2018).

Artikel ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Dhakal, K. et al. Konfokale Absorptionsspektralbildgebung von MoS2: Optische Übergänge abhängig von der Atomdicke von intrinsischem und chemisch dotiertem MoS2. Nanoscale 6, 13028–13035 (2014).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Sun, L. et al. Vom Vakuumniveau abhängige Photolumineszenz in durch chemische Gasphasenabscheidung gewachsener Monoschicht MoS2. Wissenschaft. Rep. 7, 1–9 (2017).

Artikel ADS Google Scholar

Wen, H. et al. Magnetooptische Eigenschaften der Monoschicht-MoS2-SiO2/Si-Struktur, gemessen mittels Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie. Nano Select 2, 90–98 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Jana, A. et al. Von der externen Vorspannung abhängige dynamische Terahertz-Ausbreitung durch einen BiFeO3-Film. Nanotechnologie 33, 325202 (2022).

Artikel Google Scholar

Wang, C. et al. Substratinduzierte elektronische Lokalisierung in Monoschicht-MoS2, gemessen mittels Terahertz-Spektroskopie. Opt. Lette. 44, 4139–4142 (2019).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Shi, H. et al. Exzitonendynamik in suspendierten Monoschicht- und Mehrschicht-MoS2-2D-Kristallen. ACS Nano 7, 1072–1080 (2013).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Shi, J. et al. Terahertz-Elektroabsorptionsmodulation bei Raumtemperatur durch Exzitonen in einschichtigen Übergangsmetalldichalkogeniden. Nano Lett. 20, 5214–5220 (2020).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Yan, X. et al. Dielektrische Eigenschaft des MoS2-Kristalls im Terahertz- und sichtbaren Bereich. Appl. Opt. 54, 6732–6736 (2015).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Tummala, P. et al. Anwendungsorientiertes Wachstum einer Molybdändisulfid (MoS2)-Einzelschicht mittels parametrisch optimierter chemischer Gasphasenabscheidung. Materialien (Basel) 13, 2786 (2020).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Singh, A. et al. NaCl-unterstütztes substratabhängiges 2D-planares Keimwachstum von MoS2. Appl. Surfen. Wissenschaft. 538, 148201 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

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Die Autoren danken dem Direktor, Prof. Venugopal Achanta, CSIR-NPL, für die Bereitstellung der Forschungseinrichtung für das Missionsmodus-Projekt „Metrologie von 2D-Quantenmaterialien“. Wir danken Herrn Anish Bhargava und Anish Alam für ihre kontinuierliche Unterstützung in der Einrichtung für optische Mikroskopie. Wir danken Dr. VPS Awana für die Bereitstellung der XRD-Einrichtung. Wir danken auch Dr. JS Tawale für die FESEM-Charakterisierung. Die Autoren SS und PC danken der University Grant Commission (UGC) in Indien und CSIR in Indien für ihre UGC-SRF- bzw. CSIR-JRF-Forschungsstipendien. Die Autoren SR und DRC bestätigen teilweise Unterstützung vom 14.58.32.2019-BRNS/11090. Die Autoren danken CIF, Jamia Millia Islamia, für die Bereitstellung der Raman- und PL-Messungen.

Unterabteilung für photonische Materialmetrologie, Abteilung für fortgeschrittene Material- und Gerätemetrologie, CSIR-National Physical Laboratory, Dr. KS Krishnan Road, Neu-Delhi, 110012, Indien

Saloni Sharma, Pooja Chauhan, Utkarsh Raj, Shubhda Srivastava und Bipin Kumar Gupta

Akademie für wissenschaftliche und innovative Forschung (AcSIR), Ghaziabad, 201002, Indien

Saloni Sharma, Pooja Chauhan und Bipin Kumar Gupta

Mahindra University, Bahadurpally, Hyderabad, Telangana, 500043, Indien

Shreeya Rane und Dibakar Roy Chowdhury

Zentrum für interdisziplinäre Forschung in den Grundlagenwissenschaften, Jamia Millia Islamia, Jamia Nagar, Neu-Delhi, 110025, Indien

ZA Ansari

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SS hat die Konzepte, Untersuchungen, Methodik, Analyse und den schriftlichen Entwurf der Forschung konzipiert. PC hat einen Teil der Forschung analysiert. SR führte die Zeitbereichs-Terahertz-Spektroskopiemessungen durch und half bei der Analyse. UR erstellte die schematische Darstellung des Experiments in 3D-Ansicht. SS hat bei der Herstellung der Muster geholfen und den schriftlichen Teil überprüft. ZAA führte Raman- und PL-Messungen durch und bearbeitete und überprüfte das Projekt. DRC stellte die Möglichkeit zur Zeitbereichs-Terahertz-Spektroskopiemessung zur Verfügung und redigierte und überprüfte auch den schriftlichen Teil. BKG konzipierte, konzipierte, redigierte, prüfte und betreute das Projekt. Alle Autoren haben an der Erstellung des Manuskripts mitgewirkt. Verfügbarkeit von Daten und Materialien: Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Korrespondenz mit Bipin Kumar Gupta.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Sharma, S., Chauhan, P., Rane, S. et al. Neue Einblicke in APCVD-gewachsene MoS2-Monoschichten mithilfe der Zeitbereichs-Terahertz-Spektroskopie. Sci Rep 13, 4146 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31102-z

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Eingegangen: 20. Dezember 2022

Angenommen: 06. März 2023

Veröffentlicht: 13. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31102-z

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