石墨烯上外延单层 WSe$_2$ 的自旋分裂与应变

我们展示了通过脉冲激光沉积在 SiC 上单层石墨烯（MLG）上生长的单层 WSe$_{2}$ 的电子与结构性质。通过角分辨光电子能谱（ARPES）测得 WSe$_{2}$ 价带在 $\overline{\mathrm{K}}$ 处的自旋分裂为 $\Delta_\mathrm{SO}=0.469\pm0.008$ eV。基于同步辐射的掠入射面内 X 射线衍射（XRD）揭示单层 WSe$_{2}$ 的面内晶格常数为 $a_\mathrm{WSe_2}=3.2757\pm0.0008 \mathrm{\r{A}}$。这表明相对于块体 WSe$_{2}$ 存在 -0.19 % 的晶格压缩。利用实验测定的石墨烯晶格常数（$a_\mathrm{MLG}=2.4575\pm0.0007 \mathrm{\r{A}}$），我们发现轻微压缩的 WSe$_{2}$ 的 3$\times$3 原胞与 4$\times$4 石墨烯晶格完美 commensurate，失配低于 0.03 %，这或可解释为何单层 WSe$_{2}$ 在 MLG 上被压缩。然而，根据 XRD 和第一性原理计算，我们得出结论：观察到的应变大小小到可忽略，不足以解释早期 ARPES 中剥离与外延单层之间 $\Delta_\mathrm{SO}$ 的差异。此外，角分辨、紫外和 X 射线光电子能谱揭示了 WSe$_{2}$ 与 MLG/SiC 之间的能带对齐，并表明电子从石墨烯转移到 WSe$_{2}$ 单层。原子力显微镜进一步显示，WSe$_{2}$ 岛尺寸取决于 SiC 衬底上碳层数。这表明 WSe$_{2}$ 的外延倾向于与石墨烯的弱范德瓦耳斯相互作用，但受到 SiC 衬底及其碳缓冲层的影响而扰动。