- 单层WS的氧化2在环境中需要光照，将样品置于黑暗中可防止氧化
- 常规暴露于室内灯光(天)或光学显微镜下可导致显著氧化，这对当前和未来单层s - tmd的研究具有广泛的意义
莫纳什物理与天文学院博士生Jimmy Kotsakidis说:“这项工作应该指导研究人员为S-TMD设备制造提供最佳实践。
为了保护单层半导体过渡金属二硫化物(S-TMDs)免受氧化，它们必须完全屏蔽光线，即使是短时间的暴露也会导致严重的氧化，足以损坏电触点并完全破坏光学特性。
莫纳什大学领导的一项新的合作表明，氧化单层二硫化钨(WS2)是由于可见光被吸收。
这项新工作是与来自我们。海军研究实验室和马德里自治大学，告知在该领域工作的研究人员迄今为止尚未认识到这些材料的光敏性质，更重要的是，它可以作为完全避免暴露在环境条件下的样品氧化的指南。
“这项工作应该指导研究人员在S-TMD设备制造的最佳实践中，”主要作者Jimmy Kotsakidis先生说。
虽然单层半导体过渡金属二卤属化合物(S-TMDs)在环境条件下的氧化已经已知，但其背后的机制尚不清楚。
新的研究首次表明了S-TMD WS的氧化2在环境条件下需要合适波长的光:氧化是由能量足够大的光引起的，在WS中引起电子跃迁2-也就是说，在环境条件下观察到的氧化是光诱导的。研究人员假设这是通过两种可能的机制发生的，Förster共振能量转移(FRET)和光催化。由于s - tmd的化学性质相似，人们认为在MoS中应该可以观察到同样的效应2和其他s - tmd在同一材料家族。
单层二硫化钨(WS2)会被光线损坏
660 nm或以下的光波长(即可见光波长)被发现能显著氧化WS2．相比之下，如果暴露在760 nm的光下(光子能量太少，无法激发WS中的电子跃迁)，样品不会氧化2)，或在黑暗中储存(10个月)，或在光照的氮气气氛中储存(7天)。
“自大约1955年氧化研究开始以来，s - tmd中这一重要效应(光氧化)一直被忽视。因此，我们相信这些新发现将对以前、现在和未来关于在环境条件下测量、存储或操纵s - tmd的研究产生重大影响，”Kotsakidis先生说。
背景
原子薄的过渡金属二卤属化合物，如WS2在过去的十年中，由于其非凡的光学和电学性能，以及在未来的电子和光电子器件中可能的应用，引起了人们的广泛兴趣。
这项新工作让在该领域工作的研究人员了解到这些材料迄今为止未被认识到的光敏性质，更重要的是，它可以作为完全避免暴露在环境条件下的样品氧化的指南。虽然过去的研究发现，单层s - tmd可能需要数周才能明显氧化，但这项工作表明，即使在超低光条件下，这也可能在短短7天内发生。
合著者Michael Fuhrer教授说:“了解s - tmd在环境条件和光照下的稳定性，对于在这些条件下进行的测量和操作至关重要，对于它们的潜在应用发展至关重要。”
方法
上:三折对称，红移，明亮的晶体边缘在单层二硫化钨(WS2):(a)光致发光强度图;(b)光致发光峰位置。下图:氧化后的相同晶体，显示氧化物遵循这些对称的模式。
研究人员研究了半导体过渡金属二卤族化物(S-TMD) WS的单层结构2通过化学气相沉积(CVD)生长。样品暴露在控制量的光下，然后使用光学显微镜、激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)、光致发光(PL)光谱和原子力显微镜(AFM)进行表征。
研究人员发现，单层WS2暴露在环境条件下，在环境光的存在下，由于氧化而表现出损伤，可以用LSCM和AFM检测到，尽管传统光学显微镜由于对比度和分辨率较差而不明显。
该研究观察到，这种氧化不是随机的，并且与PL光谱图中的“高对称性”、高强度边缘和红移区域相关——这些区域被认为含有更高浓度的硫空位。
相比之下，在黑暗中保存的样品长达10个月没有氧化迹象。
然后，研究人员进行了长时间的受控暴露在不同波长的非常低的辐照度光下。低强度保证了任何损坏都不是由于光线加热造成的。他们发现，暴露在有足够光子能量的光下的样品可以激发WS2显示氧化，而低于此阈值的光子能量不氧化WS2．这种强烈的波长依赖性和明显缺乏辐照度依赖性表明，环境氧化WS2是由光子介导的电子带跃迁引起的，即光氧化。
这项研究
单层WS的氧化2是光诱导的过程发表于纳米快报2019年7月9日。(DOI 10.1021 / acs.nanolett.9b01599)
初步调查在美国海军研究实验室(海军)。随后，测量在墨尔本纳米制造中心(MCN)的维多利亚节点澳大利亚国家制造工厂(ANFF)。
更多的信息:联系Jimmy C. Kotsakidis(莫纳什大学)jckot1@student.monash.edu
