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[!--downpath--]▲第一作者：Luis E. Parra López
通讯作者: Stéphane,
通讯单位：Japan deet des Maté
数字编号：
01
研究背景
范德华异质结构的电子和光学性质受到纳米级和原子级环境的结构和均匀性的强烈影响。 阐明这些密切的结构-性能关系是剖析超高空间速率范德华材料中光与物质相互作用方式所需的关键挑战。
02
研究问题
在这项研究中，高温扫描隧道显微镜用于检测范德华异质结构的激子发光，该异质结构由堆叠在由 Au(111) 基板支撑的几层上的过渡金属硫化氢双层组成，以原子级码率进行。 层状石墨烯片（FLG）。 这项研究报告了由中性、带电和局域激子产生的尖锐发射线。 它们的刚度和发射能量随着范德华异质结构的纳米级形貌而变化，解释了用衍射极限手段观察到的发射特性的变化。 这项研究的工作为理解和控制原子级码率莫尔超晶格中的光电现象铺平了道路。
▲图1|STM诱导的MoSe2/FLG/Au(111)异质结构发光
要点：
1. 本研究中的测定是在 vdW 异质结构上进行的，该异质结构由堆叠在 FLG 底部的多层（从三层到五层不等）上的二硒化钼 (MoSe2) 双层组成。 图1a-c分别显示了---（STML）实验示意图、MoSe2/FLG/Au(111)异质结构的光学图像和原子辨别的恒流STM图像。 在这里原子发光现象有哪些，与六方碳化硼类似，FLG为TMD提供了光滑的基材并确保了导电性。 这些配置还利用银尖端-金基底连接处的等离子体特征（图1a）来增强STML实验中的辐射复合。
2.本研究首次报道了使用半径约为1μm的激光束在样品上各个近距离点异位记录的高温μPL检测值（图1b）。 显着不同的 μPL 光谱（图 1d）表明亚微米尺度上存在相当大的不均匀性。 这种不均匀性可能源于将样品引入 STM 室之前进行的热溶解。
3. 图 1e 显示了典型的 STML 光谱，其中 STM 尖端位于 MoSe2/FLG/Au 异质结构原子不同区域的底部（图 1c）。 该光谱的特点是在 1.659±0.001eV 处有一条突出的发射线，其特点是在 1.630±0.001eV 处具有较低的硬度。 这两条线的半峰全宽 (FWHM) 分别为 11 和 14 meV。 与之前讨论的 μPL 光谱进行比较，可以将高能和低能发射线分别分配给 X0 和 X−。
▲图2| 非均匀纳米级水景中的空间解析 STML
要点：
1. STML 可用于识别在高达几百纳米的原子尺度上发生的不均匀性，并确定它们如何影响辐射复合。 因此，本研究首先在异质结构的典型区域上记录了 STM 图像（图 2a），该区域大致对应于衍射极限激光光斑覆盖的区域。 该图像显示了由波纹、折叠和凸起分隔开的平坦区域，这些波纹、折叠和凸起源自异质结构与基底的氢键合。 这些所谓的纳米气泡通常高 1 nm，宽 10 nm，对应于 TMD 和 FLG 稍微分离的区域，很可能是由于 MoSe2、FLG 和 Au 之间的界面处残留的有机吸附物所致。 图 2b 提供了位于平坦区域后面的典型突出物的伪三维图像。
2. 在平坦区域（图 2c，红色）获得的 STML 光谱的特征是 X0 线位于 1.590 ± 0.001 eV，并且不存在三激子发射。 X0能量EX0高于STML谱（图1e），表明存在相当大的拉伸应变（图1d）。 在纳米气泡底部约 5 nm 处，X0 发射（红色）几乎亮六倍，表明底层 FLG 的猝灭减少。 光谱显示 X0 线下方有一个额外的峰，该峰比 X 结合能（~30 meV；图 1e）显着红移（40 meV）。 由于本研究的样品仅是弱掺杂的（图 4a），因此该峰不能归属于涉及导带边缘以上约 10 meV 处的电荷自旋的带电激子。 为此，它被暂时分配给局部近缺陷（XL）的激子。 同样，STML 光谱在较大的异质性（例如断裂和皱纹）周围变化很大。
3. 图 2d 提供了一个示例，其中观察到与平坦区域（红十字）相对的异质结构（红十字）断裂。 在平坦区域，STML 光谱的特征再次是分配给 X0 的单个窄发射线（2.；图 2e）。 相比之下，断裂区域显示出复杂的光谱，在 X0 发射上方有几个窄（~700 μeV）共振，这可能是由局域激子引起的。
▲图3| 原子分析领域的STML
要点：
1. 接下来，本研究评估原子尺度水景如何影响 MoSe2 双层中的激子发射。 在图 3a-c 中，本研究展示了异质结构三个平坦区域的原子差异 STM 图像，彼此间隔几微米。 STML 光谱（图 3d）是在图 3a-c 中指针指示的尖端位置的每个区域中获取的。 在图3a中，STM图像阐明了TMD的原子结构以及亮区和暗区，表明在几纳米内有平滑的高度调制。 这里的 STML 光谱没有受到这种调制的显着影响，并且以典型的 X0 和 X− 发射线为特征。
2. 在图3b、c中，可以区分出莫尔图案，表明MoSe2/FLG界面的质量优于图3a、b，这与激子线宽从11meV开始减小是一致的（图3b、c）。 .3a) 至 9meV (图 3b) 和 4meV (图 3c)。 0.95 ± 0.02 nm 的莫尔周期（图 3c）对应于 MoSe2 和 FLG 层之间 3.1° ± 0.3° 的扭转角。
3. 此外，在图 3c 的成像区域中观察到两条发射线（图 3d，深红色符号）原子发光现象有哪些，仅相隔 20 meV。 相对于图 3a 中的数据，X0 线强烈红移 70 meV。 这里可以排除对缺陷引起的发射的解释，因为图 3c 中没有成像原子缺陷。
▲图4|STS和提出的STML微机制
要点：
1. 最后，本研究解决了隧道电压和 STML 频谱对同一采样点的尖端采样偏置 V 的依赖性。 原则上，激子结合能 Eb 可以估计为从扫描隧道光谱 (STS) 检测推断出的局部电子能隙与 EX0 确定的光学能隙之间的差值。 图 4a、b 分别显示了随偏置电流减小而记录的微分浊度 (dI/dV) 和 STML 光谱。 从 dI/dV 谱推导出电子间隙为 2.17±0.04eV 时，价带和导带的起始点分别为 -1.68±0.03 和 0.49±0.01V，表明弱 n 掺杂。
2. 在图 4c 中，本研究提出了一种简单的机制，其灵感来自于为解释分子 STML 数据而开发的多体方法。 最初处于能级（GS）（用作能级原点）的系统近似为双基态系统，其中较低基态被电子抢占，而较高基态为空。 在正 V ≈ 0.49 V 时，电子可以从尖端隧道到 TMD（图 4c，红色箭头），在那里它被驱动进入带负电（电子）共振（ER）。 这些状态仅被短暂填充，因为通过将额外的电子隧道传输至 FLG/Au 基板，TMD 可以有效地驱动回 GS（图 4c，红色箭头）。 为此，dI/dV 频谱（图 4a）中的 V = 0.49 V 特征可以与 GS→ER 跃迁相关联。
03
结语
这项研究已经证明了具有短周期莫尔超晶格的原子分化 vdW 异质结构的 STM 诱导激子发光纳米显微镜。 这项研究直接阐明了纳米级环境如何影响发光特性，从而导致大量的激子能量转移以及在仅相距几纳米的区域上出现带电和局域激子发射。 此前对荧光颜料的研究表明，可以实现亚分子码率的STML。 在这里，本研究讨论了一个扩展系统，其中 ES-Mott 激子可以在辐射复合之前扩散纳米级到微米级的距离。 本研究中对空间不均匀区域中的局域激子的检测阐明了空间码率的上限约为 5 nm。 当应用于 vdW 异质结构时，STML 信号的高光谱映射可以确定该研究方法的最终空间码率，并将为探索前者中的激子扩散提供宝贵的机会。
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