单层WS$_{2}$在环境中的氧化是一个光诱导过程

我们使用光学显微镜、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)研究了化学气相沉积(CVD)生长的单层半导体过渡金属硫族化物(S-TMD)WS$_{2}$在环境空气中的氧化。暴露于有光环境(典型的实验室环境光数周,或典型的PL光谱图)下的单层WS$_{2}$表现出由氧化引起的损伤,可通过LSCM和AFM检测到;尽管由于对比度和分辨率较差,在常规光学显微镜中可能不明显。此外,该氧化并非随机的,且与PL光谱图中的“高对称性”和红移区域相关——这些区域被认为含有较高浓度的硫空位。相反,保存在环境且黑暗中的样品在长达10个月内未显示氧化迹象。低辐照度/注量实验表明,受到三子激发能量处或以上的激发能量(532 nm/2.33 eV和660 nm/1.88 eV)照射的样品在短至7天内发生氧化,即使辐照度和注量分别比先前报道的低八个和四个数量级。对于位于WS$_{2}$中三子激发能量以下的760 nm/1.63 eV光照射,未观察到显著氧化。强烈的波长依赖性和明显缺乏辐照度依赖性表明,WS$_{2}$的环境氧化是由光子介导的电子能带跃迁引发的,即光氧化。这些发现对先前、现在和将来在环境条件下测量、存储或操控S-TMD的研究具有重要意义。