Optical Properties of 2D Semiconductor WS2
Source abstract
Abstract
Abstract 2D semiconductor tungsten disulfide (WS2) attracts significant interest in both fundamental physics and many promising applications such as light emitters, photodetectors/sensors, valleytronics, and flexible nanoelectronics, due to its fascinating optical, electronic, and mechanical properties. Herein, basic exciton properties of monolayer WS2 are reviewed including neutral excitons, charged excitons, bounded excitons, biexcitons, and the effects of electrostatic gating, chemical doping, strain, magnetic field, circular polarized light, and substrate on these excitonic structures. Besides basic excitonic emission, single‐photon emission, exciton–polaritons, and stimulated emission in monolayer WS2 are also discussed. The understanding of these optical phenomena is critical for the development of potential optical applications in electronic and optoelectronic devices. Finally, a summary and future prospective of the challengers and developments regarding 2D semiconductor WS2 is presented.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: 2D Materials and Applications · Graphene research and applications · MXene and MAX Phase Materials
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
School of Information Science and Technology Fudan University Shanghai 200433 China
Division of Physics and Applied Physics School of Physical and Mathematical Sciences Nanyang Technological University Singapore 637371 Singapore
Key Laboratory of Chemical Lasers Dalian Institute of Chemical Physics Chinese Academy of Sciences Dalian 116023 China
Funding
Natural Science Foundation of Shanghai · Ministry of Education - Singapore
References (100+)
Show source-provided references
1. Novoselov K. S. · Science · 2004 · 306 · 66610.1126/science.1102896 ↗
2. Novoselov K. S. · Nature · 2005 · 438 · 19710.1038/nature04233 ↗
3. Zhang Y. · Nature · 2005 · 438 · 20110.1038/nature04235 ↗
4. Castro Neto A. H. · Rev. Mod. Phys. · 2009 · 81 · 10910.1103/RevModPhys.81.109 ↗
5. Zeng H. · Chem. Soc. Rev. · 2015 · 44 · 262910.1039/C4CS00265B ↗
6. Huang X. · Chem. Soc. Rev. · 2013 · 42 · 193410.1039/c2cs35387c ↗
7. Duan X. · Chem. Soc. Rev. · 2015 · 44 · 885910.1039/C5CS00507H ↗
8. Wang H. · Chem. Soc. Rev. · 2015 · 44 · 266410.1039/C4CS00287C ↗
9. Wang Q. H. · Nat. Nanotechnol. · 2012 · 7 · 69910.1038/nnano.2012.193 ↗
10. Schmidt H. · Chem. Soc. Rev. · 2015 · 44 · 771510.1039/C5CS00275C ↗
11. Xia F. · Nat. Photonics · 2014 · 8 · 89910.1038/nphoton.2014.271 ↗
12. Chhowalla M. · Nat. Chem. · 2013 · 5 · 26310.1038/nchem.1589 ↗
13. Mak K. F. · Nat. Photonics · 2016 · 10 · 21610.1038/nphoton.2015.282 ↗
14. Xu W. · Nature · 2017 · 541 · 6210.1038/nature20601 ↗
15. Hong H. · Adv. Mater. Interfaces · 2017 · 4 · 160105410.1002/admi.201601054 ↗
16. Liu F. · Adv. Funct. Mater. · 2017 · 27 · 160240410.1002/adfm.201602404 ↗
17. den Brink J. · Nat. Mater. · 2010 · 9 · 29110.1038/nmat2733 ↗
18. Yuan L. · Nanoscale · 2015 · 7 · 740210.1039/C5NR00383K ↗
19. Zhu B. · Sci. Rep. · 2015 · 5 · 921810.1038/srep09218 ↗
20. Ye Z. · Nature · 2014 · 513 · 21410.1038/nature13734 ↗
21. Peimyoo N. · ACS Nano · 2013 · 7 · 1098510.1021/nn4046002 ↗
22. Zeng H. · Sci. Rep. · 2013 · 3 · 160810.1038/srep01608 ↗
23. Gutierrez H. R. · Nano Lett. · 2013 · 13 · 344710.1021/nl3026357 ↗
24. Yu H. · Natl. Sci. Rev. · 2015 · 2 · 5710.1093/nsr/nwu078 ↗
25. Zhu B. · Proc. Natl. Acad. Sci. USA · 2014 · 111 · 1160610.1073/pnas.1406960111 ↗
26. Nayak P. K. · Nanoscale · 2016 · 8 · 603510.1039/C5NR08395H ↗
27. Shang J. · ACS Nano · 2015 · 9 · 64710.1021/nn5059908 ↗
28. Plechinger G. · Phys. Status Solidi RRL · 2015 · 9 · 45710.1002/pssr.201510224 ↗
29. Palacios‐Berraquero C. · Nat. Commun. · 2017 · 8 · 1509310.1038/ncomms15093 ↗
30. Flatten L. C. · Sci. Rep. · 2016 · 6 · 3313410.1038/srep33134 ↗
31. Ye Y. · Nat. Photonics · 2015 · 9 · 73310.1038/nphoton.2015.197 ↗
32. Zhao W. · ACS Nano · 2012 · 7 · 79110.1021/nn305275h ↗
33. Tran M. D. · Curr. Appl. Phys. · 2016 · 16 · 115910.1016/j.cap.2016.03.023 ↗
34. Peimyoo N. · ACS Nano · 2014 · 8 · 1132010.1021/nn504196n ↗
35. Wang Y. · Nano Res. · 2015 · 8 · 256210.1007/s12274-015-0762-6 ↗
36. Kobayashi Y. · ACS Nano · 2015 · 9 · 405610.1021/acsnano.5b00103 ↗
37. Kern J. · ACS Photonics · 2015 · 2 · 126010.1021/acsphotonics.5b00123 ↗
38. Cheng F. · ACS Photonics · 2017 · 4 · 142110.1021/acsphotonics.7b00152 ↗
39. Galfsky T. · Nano Lett. · 2016 · 16 · 494010.1021/acs.nanolett.6b01558 ↗
40. Mak K. F. · Nat. Mater. · 2013 · 12 · 20710.1038/nmat3505 ↗
41. Akinwande D. · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 567810.1038/ncomms6678 ↗
42. Chang H.‐Y. · ACS Nano · 2013 · 7 · 544610.1021/nn401429w ↗
43. Roldán R. · J. Phys.: Condens. Matter · 2015 · 27 · 313201
44. Wang Y. · Small · 2013 · 9 · 285710.1002/smll.201202876 ↗
45. Wang Y. · Nano Res. · 2015 · 8 · 394410.1007/s12274-015-0895-7 ↗
46. Huang M. · Proc. Natl. Acad. Sci. USA · 2009 · 106 · 730410.1073/pnas.0811754106 ↗
47. Mohiuddin T. · Phys. Rev. B · 2009 · 79 · 20543310.1103/PhysRevB.79.205433 ↗
48. Yang S. · Nano Lett. · 2015 · 15 · 166010.1021/nl504276u ↗
49. Wang L. · Ann. Phys. · 2014 · 526 · L7
50. Berkelbach T. C. · Phys. Rev. B · 2013 · 88 · 04531810.1103/PhysRevB.88.045318 ↗
51. Dhakal K. P. · Chem. Mater. · 2017 · 29 · 512410.1021/acs.chemmater.7b00453 ↗
52. Cardona M. · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 92 · 19640310.1103/PhysRevLett.92.196403 ↗
53. Hanbicki A. T. · Sci. Rep. · 2016 · 6 · 1888510.1038/srep18885 ↗
54. Amani M. · Nano Lett. · 2016 · 16 · 278610.1021/acs.nanolett.6b00536 ↗
55. Chow P. K. · ACS Nano · 2015 · 9 · 152010.1021/nn5073495 ↗
56. Mai C. · Nano Lett. · 2014 · 14 · 20210.1021/nl403742j ↗
57. You Y. · Nat. Phys. · 2015 · 11 · 47710.1038/nphys3324 ↗
58. Yao W. · Nat. Phys. · 2015 · 11 · 44810.1038/nphys3350 ↗
59. Kim M. S. · ACS Nano · 2016 · 10 · 239910.1021/acsnano.5b07214 ↗
60. Srivastava A. · Nat. Nanotechnol. · 2015 · 10 · 49110.1038/nnano.2015.60 ↗
61. Koperski M. · Nat. Nanotechnol. · 2015 · 10 · 50310.1038/nnano.2015.67 ↗
62. He Y.‐M. · Nat. Nanotechnol. · 2015 · 10 · 49710.1038/nnano.2015.75 ↗
63. Chakraborty C. · Nat. Nanotechnol. · 2015 · 10 · 50710.1038/nnano.2015.79 ↗
64. Flatten L. C. · Nat. Commun. · 2017 · 8 · 1409710.1038/ncomms14097 ↗
65. Wu S. F. · Nature · 2015 · 520 · 6910.1038/nature14290 ↗
66. Salehzadeh O. · Nano Lett. · 2015 · 15 · 530210.1021/acs.nanolett.5b01665 ↗
67. Sundaram R. S. · Nano Lett. · 2013 · 13 · 141610.1021/nl400516a ↗
68. Ye Y. · Appl. Phys. Lett. · 2014 · 104 · 19350810.1063/1.4875959 ↗
69. Lopez‐Sanchez O. · ACS Nano · 2014 · 8 · 304210.1021/nn500480u ↗
70. Zhang Y. J. · Science · 2014 · 344 · 72510.1126/science.1251329 ↗
71. Yang W. · Nano Lett. · 2016 · 16 · 156010.1021/acs.nanolett.5b04066 ↗
72. Malard L. M. · Phys. Rev. B · 2013 · 87 · 201401(R)10.1103/PhysRevB.87.201401 ↗
73. Kumar N. · Phys. Rev. B · 2013 · 87 · 16140310.1103/PhysRevB.87.161403 ↗
74. Zeng H. L. · Sci. Rep. · 2013 · 3 · 160810.1038/srep01608 ↗
75. Janisch C. · Sci. Rep. · 2014 · 4 · 553010.1038/srep05530 ↗
76. Liu H. Z. · Nat. Phys. · 2017 · 13 · 26210.1038/nphys3946 ↗
77. Woodward R. I. · 2D Mater. · 2017 · 4 · 01100610.1088/2053-1583/4/1/011006 ↗
78. Carlos T.‐T. · 2D Mater. · 2016 · 3 · 02100510.1088/2053-1583/3/2/021005 ↗
79. Yin X. B. · Science · 2014 · 344 · 48810.1126/science.1250564 ↗
80. Ye Z. L. · Nature · 2014 · 513 · 21410.1038/nature13734 ↗
81. Molas M. R. · 2D Mater. · 2017 · 4 · 02100310.1088/2053-1583/aa5521 ↗
82. Baranowski M. · 2D Mater. · 2017 · 4 · 02501610.1088/2053-1583/aa58a0 ↗
83. Zhang X. X. · Phys. Rev. Lett. · 2015 · 115 · 25740310.1103/PhysRevLett.115.257403 ↗
84. Zhou Y. · Nat. Nanotechnol. · 2017 · 12 · 85610.1038/nnano.2017.106 ↗
85. Zhang X.‐X. · Nat. Nanotechnol. · 2017 · 12 · 88310.1038/nnano.2017.105 ↗
86. Berkelbach T. C. · Phys. Rev. B · 2015 · 92 · 08541310.1103/PhysRevB.92.085413 ↗
87. Mai C. · Nano Lett. · 2014 · 14 · 20210.1021/nl403742j ↗
88. Danovich M. · Sci. Rep. · 2017 · 7 · 4599810.1038/srep45998 ↗
89. Danovich M. · 2D Mater. · 2016 · 3 · 03501110.1088/2053-1583/3/3/035011 ↗
90. Ceballos F. · Nanoscale · 2016 · 8 · 1168110.1039/C6NR02516A ↗
91. Mai C. · Phys. Rev. B · 2014 · 90 · 04141410.1103/PhysRevB.90.041414 ↗
92. Schmidt R. · Nano Lett. · 2016 · 16 · 294510.1021/acs.nanolett.5b04733 ↗
93. Plechinger G. · Phys. Status Solidi RRL · 2017 · 11 · 170013110.1002/pssr.201700131 ↗
94. Amani M. · Nano Lett. · 2016 · 16 · 278610.1021/acs.nanolett.6b00536 ↗
95. Hoshi Y. · Phys. Rev. B · 2017 · 95 · 24140310.1103/PhysRevB.95.241403 ↗
96. Kato T. · ACS Nano · 2016 · 10 · 968710.1021/acsnano.6b05580 ↗
97. Hao K. · Nat. Commun. · 2017 · 8 · 155210.1038/s41467-017-01584-3 ↗
98. Zhao W. J. · Adv. Mater. · 2016 · 28 · 270910.1002/adma.201504478 ↗
99. Zheng D. · Nano Lett. · 2017 · 17 · 380910.1021/acs.nanolett.7b01176 ↗
100. Vasilevskiy M. I. · Phys. Rev. B · 2015 · 92 · 24543510.1103/PhysRevB.92.245435 ↗