研究目的
理解二维过渡金属硫族化合物（TMDCs）垂直异质结构中的层间相互作用，以应用于下一代光电子学和电子学领域。
研究成果
该研究成功展示了二维WS2/MoS2异质结构的晶圆级生长（具有II型能带排列：价带偏移量0.25电子伏特，导带偏移量0.41电子伏特），并揭示层间耦合主要取决于层间距而非扭转角，这对光电器件应用具有重要启示意义。
研究不足
该研究仅限于通过物理气相沉积（PVD）生长的WS2/MoS2异质结构；未探索其他过渡金属二硫化物组合或生长方法。溅射过程可能引入影响堆叠的动力学能量效应，且密度泛函理论（DFT）计算存在固有近似性（例如低估带隙）。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用一步反应磁控溅射法（物理气相沉积的一种）原位生长大面积二维WS2/MoS2异质结构，避免转移方法带来的污染。运用第一性原理计算（采用PBE泛函和D3方法的DFT）分析能带结构和电荷密度。
2：样品选择与数据来源：
衬底包括熔融石英和100纳米SiO2/Si。样品通过在硫氛围下依次溅射钼和钨金属靶材制备而成。
3：实验设备与材料清单：
设备包括自制磁控溅射系统、岛津UV-3600紫外-可见-近红外分光光度计、赛默飞世尔DXR显微拉曼光谱仪、PSTM系统用于光致发光光谱、布鲁克Dimension Icon原子力显微镜系统、VGS Theta探针X射线光电子能谱仪、日本电子ARM200CF扫描透射电镜以及TOF-SIMS IV系统。材料包括钼和钨金属靶材、硫、氩气、丙酮、异丙醇、去离子水和衬底。
4：实验流程与操作步骤：
清洁衬底并装入溅射腔室。在750°C下以低直流功率进行溅射以降低动能。表征手段包括吸收光谱、拉曼光谱、光致发光光谱、原子力显微镜、X射线光电子能谱、扫描透射电镜和二次离子质谱测量。针对不同扭转角和层间距开展DFT计算。
5：数据分析方法：
数据分析包括拟合X射线光电子能谱确定能带偏移量、分析光学光谱中的激子峰，以及运用DFT计算能带结构和电荷密度。
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UV-Vis-NIR spectrophotometer
UV-3600
Shimadzu
Recording absorption spectra of the samples.
-
Raman microscope
DXR
Thermo Scientific
Recording Raman spectra using a 514 nm laser.
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Atomic force microscope
Dimension Icon
Bruker
Taking AFM images in tapping mode to analyze surface morphology.
-
Scanning transmission electron microscope
ARM200CF
JEOL
Acquiring high-resolution STEM images using high-angle annular dark field technique.
-
Photoluminescence system
PSTM
Not specified
Obtaining photoluminescence spectra with a 532 nm excitation laser.
-
X-ray photoelectron spectroscopy system
Theta probe
VGS
Performing high-resolution XPS measurements with an Al Kα source.
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Time-of-flight secondary ion mass spectrometer
TOF-SIMS IV
IONTOF GmbH
Conducting chemical mapping of elements with high detection sensitivity.
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Magnetron sputtering system
Home-built
Not specified
Growing 2D WS2/MoS2 heterostructures by sputtering Mo and W targets under sulfur ambient.
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