journal article·2022

Near-field spectroscopic imaging of exciton quenching at atomically sharp MoS 2 /WS 2 lateral heterojunctions

He-Chun Chou, Xin-Quan Zhang, Shiue-Yuan Shiau, Ching-Hang Chien, Po-Wen Tang, Chun-Te Sung, Yia-Chung Chang, Yi-Hsien Lee, Chi Chen

Nanoscale· Volume 14· Issue 17
Publisher page

Abstract

Heterojunctions made by laterally stitching two different transition metal dichalcogenide monolayers create a unique one-dimensional boundary with intriguing local optical properties that can only be characterized by nanoscale-spatial-resolution spectral tools. Here, we use near-field photoluminescence (NF-PL) to reveal the narrowest region (105 nm) ever reported of photoluminescence quenching at the junction of a laterally stitched WS2/MoS2 monolayer. We attribute this quenching to the atomically sharp band offset that generates a strong electric force at the junction to easily dissociate excitons. Besides the sharp heterojunction, a model considering various widths of the alloying interfacial region under low or high optical pumping is presented. With a spatial resolution six times better than that of confocal microscopy, NF-PL provides an unprecedented spectral tool for non-scalable 1D lateral heterojunctions.
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Research context

OpenAlex topics: 2D Materials and Applications · Plasmonic and Surface Plasmon Research · Perovskite Materials and Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Research Center for Applied Sciences, Academia Sinica, Taipei, 115, Taiwan

Department of Materials Science and Engineering, National Tsing-Hua University, Hsinchu, 300, Taiwan

Physics Division, National Center for Theoretical Sciences, Taipei, 106, Taiwan

Funding

Ministry of Science and Technology, Taiwan · Academia Sinica

References (78)

Show source-provided references
1. Geim · Nature · 2013 · 499 · 41910.1038/nature12385 ↗
2. Novoselov · Science · 2016 · 353 · aac943910.1126/science.aac9439 ↗
3. Mak · Nat. Photonics · 2016 · 10 · 21610.1038/nphoton.2015.282 ↗
4. Cao · Nature · 2018 · 556 · 4310.1038/nature26160 ↗
5. Jiang · Light: Sci. Appl. · 2021 · 10 · 7210.1038/s41377-021-00500-1 ↗
6. Ávalos-Ovando · J. Phys.: Condens. Matter · 2019 · 31 · 213001
7. Li · Chem. Rev. · 2018 · 118 · 613410.1021/acs.chemrev.7b00212 ↗
8. Liu · Science · 2020 · 367 · 90310.1126/science.aba1416 ↗
9. Onodera · Jpn. J. Appl. Phys. · 2020 · 59 · 01010110.7567/1347-4065/ab5ee0 ↗
10. Gong · Nat. Mater. · 2014 · 13 · 113510.1038/nmat4091 ↗
11. Duan · Nat. Nanotechnol. · 2014 · 9 · 102410.1038/nnano.2014.222 ↗
12. Li · Science · 2015 · 349 · 52410.1126/science.aab4097 ↗
13. Zhang · Science · 2017 · 357 · 78810.1126/science.aan6814 ↗
14. Tsai · Adv. Mater. · 2017 · 29 · 170116810.1002/adma.201701168 ↗
15. Chen · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2017 · 9 · 168410.1021/acsami.6b13379 ↗
16. Wu · Nano Energy · 2018 · 51 · 4510.1016/j.nanoen.2018.06.049 ↗
17. Xie · Science · 2018 · 359 · 113110.1126/science.aao5360 ↗
18. Huang · Nat. Mater. · 2014 · 13 · 109610.1038/nmat4064 ↗
19. Lin · APL Mater. · 2014 · 2 · 09251410.1063/1.4895469 ↗
20. Wang · Sci. Rep. · 2016 · 6 · 2153610.1038/srep21536 ↗
21. Susarla · Adv. Mater. · 2017 · 29 · 170245710.1002/adma.201702457 ↗
22. Li · J. Am. Chem. Soc. · 2014 · 136 · 375610.1021/ja500069b ↗
23. Zhang · Nano Lett. · 2014 · 15 · 41010.1021/nl503744f ↗
24. Chiu · Adv. Mater. · 2018 · 30 · 170479610.1002/adma.201704796 ↗
25. Sahoo · Nature · 2018 · 553 · 6310.1038/nature25155 ↗
26. Lau · Phys. Rev. B · 2018 · 98 · 11542710.1103/PhysRevB.98.115427 ↗
27. Ávalos-Ovando · Phys. Rev. B · 2019 · 99 · 03510710.1103/PhysRevB.99.035107 ↗
28. Kang · Appl. Phys. Lett. · 2013 · 102 · 01211110.1063/1.4774090 ↗
29. Chiu · Nat. Commun. · 2015 · 6 · 766610.1038/ncomms8666 ↗
30. Kim · ACS Nano · 2016 · 10 · 621110.1021/acsnano.6b02213 ↗
31. Hill · Nano Lett. · 2016 · 16 · 483110.1021/acs.nanolett.6b01007 ↗
32. Wei · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2015 · 17 · 2938010.1039/C5CP04861C ↗
33. Wei · Sci. Rep. · 2015 · 5 · 1757810.1038/srep17578 ↗
34. Mu · Mater. Res. Express · 2018 · 5 · 04630710.1088/2053-1591/aabddf ↗
35. Pohl · Appl. Phys. Lett. · 1984 · 44 · 65110.1063/1.94865 ↗
36. Betzig · Science · 1992 · 257 · 18910.1126/science.257.5067.189 ↗
37. L.Novotny and B.Hecht , Principles of Nano-Optics , 200610.1017/CBO9780511813535 ↗
38. Hecht · J. Chem. Phys. · 2000 · 112 · 776110.1063/1.481382 ↗
39. Bao · Nat. Commun. · 2015 · 6 · 799310.1038/ncomms8993 ↗
40. Lee · Nanoscale · 2015 · 7 · 1190910.1039/C5NR02897C ↗
41. Lee · Nanoscale · 2017 · 9 · 227210.1039/C6NR08813A ↗
42. Kim · Nanoscale · 2018 · 10 · 885110.1039/C8NR00606G ↗
43. Kim · Opt. Mater. Express · 2019 · 9 · 186410.1364/OME.9.001864 ↗
44. Park · Nano Lett. · 2016 · 16 · 262110.1021/acs.nanolett.6b00238 ↗
45. Park · Nat. Nanotechnol. · 2018 · 13 · 5910.1038/s41565-017-0003-0 ↗
46. Xue · J. Vac. Sci. Technol., A · 2018 · 36 · 05G50210.1116/1.5035437 ↗
47. Tang · Phys. Rev. B · 2018 · 98 · 041402(R)10.1103/PhysRevB.98.041402 ↗
48. Chen · Adv. Mater. · 2019 · 31 · 190107710.1002/adma.201901077 ↗
49. Hai · Opt. Lett. · 2014 · 39 · 519210.1364/OL.39.005192 ↗
50. Khosrofian · Appl. Opt. · 1983 · 22 · 340610.1364/AO.22.003406 ↗
51. Liu · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 524610.1038/ncomms6246 ↗
52. Conley · Nano Lett. · 2013 · 13 · 362610.1021/nl4014748 ↗
53. Zhang · Nat. Nanotechnol. · 2018 · 13 · 15210.1038/s41565-017-0022-x ↗
54. Molina-Sanchez · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2011 · 84 · 15541310.1103/PhysRevB.84.155413 ↗
55. Hu · Phys. Rev. Lett. · 2018 · 120 · 05590210.1103/PhysRevLett.120.055902 ↗
56. Late · ChemPhysChem · 2014 · 15 · 159210.1002/cphc.201400020 ↗
57. Pak · Nano Lett. · 2017 · 17 · 563410.1021/acs.nanolett.7b02513 ↗
58. Kulig · Phys. Rev. Lett. · 2018 · 120 · 20740110.1103/PhysRevLett.120.207401 ↗
59. Uddin · ACS Nano · 2020 · 14 · 1343310.1021/acsnano.0c05305 ↗
60. Yuan · Nanoscale · 2015 · 7 · 740210.1039/C5NR00383K ↗
61. Okada · ACS Nano · 2018 · 12 · 249810.1021/acsnano.7b08253 ↗
62. Zhu · Sci. Rep. · 2015 · 5 · 921810.1038/srep09218 ↗
63. Park · 2D Mater. · 2018 · 5 · 02500310.1088/2053-1583/aaa4ca ↗
64. Goryca · Nat. Commun. · 2019 · 10 · 417210.1038/s41467-019-12180-y ↗
65. Tongay · Nano Lett. · 2014 · 14 · 318510.1021/nl500515q ↗
66. Heo · Adv. Mater. · 2015 · 27 · 380310.1002/adma.201500846 ↗
67. Heo · Nat. Commun. · 2015 · 6 · 737210.1038/ncomms8372 ↗
68. McCreary · Sci. Rep. · 2016 · 6 · 3515410.1038/srep35154 ↗
69. Amani · Science · 2015 · 350 · 106510.1126/science.aad2114 ↗
70. Sun · Nano Lett. · 2014 · 14 · 562510.1021/nl5021975 ↗
71. Yu · Phys. Rev. B · 2016 · 93 · 20111110.1103/PhysRevB.93.201111 ↗
72. Liu · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2013 · 88 · 08543310.1103/PhysRevB.88.085433 ↗
73. Kośmider · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2013 · 87 · 07545110.1103/PhysRevB.87.075451 ↗
74. Kormányos · 2D Mater. · 2015 · 2 · 02200110.1088/2053-1583/2/2/022001 ↗
75. Zhang · Phys. Rev. Lett. · 2015 · 115 · 25740310.1103/PhysRevLett.115.257403 ↗
76. Zhang · Nat. Nanotechnol. · 2017 · 12 · 88310.1038/nnano.2017.105 ↗
77. Hsu · Nat. Commun. · 2017 · 8 · 92910.1038/s41467-017-01012-6 ↗
78. Yu · Rev. Sci. Instrum. · 2020 · 91 · 07370310.1063/5.0009422 ↗