原始二维过渡金属硫化物(2D TMDs)的带隙固定不易调控，限制了其潜在应用。研究人员发现，掺杂/合金化方法可有效调控带隙(如Mo1-xWxS2、MoS2(1-x)Se2x、WS2(1-x)Se2x和Mo1-xWxSe2)。另一方面，TMD异质结构能够产生不同2D材料(如MoS2/WSe2)之间的界面，并提供控制界面处激子、光子和声子的产生、限域和传输平台，进而设计用于超快电荷传输的独特器件。由于熵混合通常有利于合金的形成，因此异质结构的直接生长十分具有挑战性。此外，引入其他组分增加了带隙调控的可能性。对于某些组合物，合金相不稳定并且可以分解成异质结构，从而使异质结构在热力学上稳定。尽管研究人员已经证明这一概念适用于III-V半导体，但在2D TMD领域尚缺乏相应的研究。
四元合金向异质结构转化的主要步骤示意图。
a) 四元合金MoxW(1−x)SySe(1−y)的光学图像;
b) 样品煅烧前后相应的AFM图像;
c) 样品煅烧前后的Raman光谱;
d) 样品煅烧前后的PL光谱;
e) 归一化Raman图像;
f) 归一化PL图像。
a) 四元合金片的STEM-HAADF图像;
b) a图中白色框区域的高分辨HAADF图像;
c) b图标示区域(R1、R2、R3)的EEL光谱;
d,e) Mo的N边和W的O边参考光谱;
f) b图中白色框区域的HAADF图像;
g) b图中R2和R3区域单层界面的原子级分辨率HAADF图像;
h) g图中六方相2H晶格原子组成;
i,j) 根据HAADF强度所得原子组成直方图;
k) h图中原子组成分辨标识。
a) 四元合金的组分对形成异质结构的影响;
b) MoxW(1−x)S2ySe2(1−y)合金中的溶解度间隙。
【小结】
