二维 WSe2 中的点缺陷与局域激子
材料科学
2019-05-15 v2
摘要
识别二维材料中的点缺陷对许多应用十分重要。近期研究提出 W 空位是二维 WSe2 中的主要点缺陷，这与理论研究的预测相反，后者预测硫族空位是过渡金属硫族化物半导体中最可能的本征点缺陷。我们通过第一性原理计算、扫描隧道显微镜（STM）与扫描透射电子显微镜实验表明，我们 CVD 生长的二维 WSe2 中不存在 W 空位。我们预测 O 钝化的 Se 空位（O_Se）与 O 间隙（Oins）存在于二维 WSe2 中，原因在于 Se 空位处 O2 易解离，或源于 CVD 生长中 WO3 前驱体的存在。这些缺陷给出的 STM 图像与实验吻合良好。二维 WSe2 中点缺陷的光学性质十分重要，因为实验已观察到二维 WSe2 的单光子发射（SPE）。虽然应变梯度在实空间中汇聚激子，但点缺陷对于激子在能使光子逐个发射的长度尺度上的局域化是必要的。利用最先进的 GW-Bethe-Salpeter-equation 计算，我们预测仅 Oins 缺陷在先前实验的 SPE 能量范围内给出局域激子，使其成为先前观测到 SPE 的可能来源。其他点缺陷（O_Se、Se 空位、W 空位与 Se_W 反位）均不在同一能量范围内给出局域激子。我们的预测为在相关二维材料中实现 SPE 提供了途径，并指引实验者在二维 WSe2 中探索其他 SPE 能量范围。
引用
@article{arxiv.1811.00221,
title = {Point Defects and Localized Excitons in 2D WSe2},
author = {Yu Jie Zheng and Yifeng Chen and Yu Li Huang and Pranjal Kumar Gogoi and Ming Yang Li and Lain-Jong Li and Paolo E. Trevisanutto and Qixing Wang and Stephen J Pennycook and Andrew Thye Shen Wee and Su Ying Quek},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.00221},
year = {2019}
}