Fotoluminiscencia Inducida por Defectos en Disulfuros de Metales de Transición Semiconductores en Monocapa

Está bien establecido que los defectos influyen fuertemente en las propiedades de los materiales bidimensionales. Para el grafeno, los defectos atómicos activan el modo de vibración del anillo centrosimétrico A1g, conocido como el pico D. La intensidad relativa de este pico D en comparación con el pico de la banda G es la medida más aceptada de la calidad de las películas de grafeno. Sin embargo, no existe una métrica similar para los disulfuros de metales de transición semiconductores en monocapa, como WS2 o MoS2. Aquí creamos intencionalmente defectos a escala atómica en la red hexagonal de las monocapas de WS2 y MoS2 utilizando tratamientos de plasma y estudiamos la evolución de sus espectros de Raman y fotoluminiscencia. La microscopía electrónica de transmisión de alta resolución confirma la creación inducida por plasma de defectos puntuales a escala atómica en las hojas de monocapa. Encontramos que, si bien los espectros de Raman de los disulfuros de metales de transición semiconductores (con excitación a 532 nm) son insensibles a los defectos, su fotoluminiscencia revela una característica espectral distinta relacionada con defectos ubicada a aproximadamente 0.1 eV por debajo del pico de excitón A libre neutral. Este pico se origina de excitones neutros enlazados a defectos y se intensifica a medida que la hoja bidimensional (2D) se vuelve más defectuosa. Esta característica espectral es observable en aire bajo condiciones ambientales (temperatura ambiente y presión atmosférica), lo que permite una forma relativamente simple de determinar la defectuosidad de las nanoshheets semiconductoras 2D. La creación controlada de defectos también podría permitir la personalización de las propiedades ópticas de estos materiales en aplicaciones de dispositivos optoelectrónicos.