エピタキシャルWSe2薄膜における電子構造、表面ドーピング、および光学応答

高品質のWSe2薄膜が、分子線エピタキシーを用いて、層ごとの厚さ制御により二層グラフェン（BLG）上に成長しました。角度分解光電子放出、走査トンネル顕微鏡/分光、および光吸収測定の組み合わせにより、WSe2/BLGの原子および電子構造の変化と光学応答を明らかにしました。WSe2の二層は、BLGベースのヘテロ構造に統合されたとき、直接バンドギャップ半導体であり、これにより直接-間接バンドギャップのクロスオーバーが三層WSe2にシフトすることを観察しました。単層の限界において、WSe2はK点で475 meVのスピン分裂を示し、これはすべてのMX2（M = Mo, W; X = S, Se）材料の中で観察された最大値です。単層-WSe2/BLGの励起子結合エネルギーは0.21 eVであり、これは従来の三次元半導体の値よりも桁違いに大きく、他の二次元遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）半導体と比較すると小さいです。最後に、アルカリ金属表面電子ドーピングによる電子構造の全体的な修正に関する我々の発見は、TMDCの電子特性をさらに制御する道を開きます。