Materials can, in principle, be imaged at the level of individual atoms with aberration-corrected transmission electron microscopy. However, such resolution can be attained only with very high electron doses. Consequently, radiation damage is often the limiting factor when characterizing sensitive materials. Here, we demonstrate a simple and an effective method to increase the electron radiation tolerance of materials by using graphene as protective coating. This leads to an improvement of three orders of magnitude in the radiation tolerance of monolayer MoS2. Further on, we construct samples in different heterostructure configurations to separate the contributions of different radiation damage mechanisms.

1.
U.
Kaiser
,
J.
Biskupek
,
J.
Meyer
,
J.
Leschner
,
L.
Lechner
,
H.
Rose
,
M.
Stöger-Pollach
,
A.
Khlobystov
,
P.
Hartel
,
H.
Müller
,
M.
Haider
,
S.
Eyhusen
, and
G.
Benner
,
Ultramicroscopy
111
,
1239
(
2011
).
2.
H.
Sawada
,
T.
Sasaki
,
F.
Hosokawa
,
S.
Yuasa
,
M.
Terao
,
M.
Kawazoe
,
T.
Nakamichi
,
T.
Kaneyama
,
Y.
Kondo
,
K.
Kimoto
, and
K.
Suenaga
,
Ultramicroscopy
110
,
958
(
2010
).
3.
O. L.
Krivanek
,
N.
Dellby
,
M. F.
Murfitt
,
M. F.
Chisholm
,
T. J.
Pennycook
,
K.
Suenaga
, and
V.
Nicolosi
,
Ultramicroscopy
110
,
935
(
2010
).
4.
M.
Haider
,
H.
Rose
,
S.
Uhlemann
,
E.
Schwan
,
B.
Kabius
, and
K.
Urban
,
Ultramicroscopy
75
,
53
(
1998
).
5.
O.
Krivanek
,
N.
Dellby
, and
A.
Lupini
,
Ultramicroscopy
78
,
1
(
1999
).
6.
B.
Kabius
,
P.
Hartel
,
M.
Haider
,
H.
Müller
,
S.
Uhlemann
,
U.
Loebau
,
J.
Zach
, and
H.
Rose
,
J. Electron Microsc.
58
,
147
(
2009
).
7.
J. C.
Meyer
,
C. O.
Girit
,
M. F.
Crommie
, and
A.
Zettl
,
Nature
454
,
319
(
2008
).
8.
C. L.
Jia
,
M.
Lentzen
, and
K.
Urban
,
Science
299
,
870
(
2003
).
9.
H. H.
Rose
,
Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A
367
,
3809
(
2009
).
10.
11.
F.
Banhart
,
J.
Kotakoski
, and
A. V.
Krasheninnikov
,
ACS Nano
5
,
26
(
2011
).
12.
J.
Kotakoski
,
A. V.
Krasheninnikov
,
U.
Kaiser
, and
J.
Meyer
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
105505
(
2011
).
13.
J. C.
Meyer
,
F.
Eder
,
S.
Kurasch
,
V.
Skakalova
,
J.
Kotakoski
,
H. J.
Park
,
S.
Roth
,
A.
Chuvilin
,
S.
Eyhusen
,
G.
Benner
,
A. V.
Krasheninnikov
, and
U.
Kaiser
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
196102
(
2012
).
14.
H.-P.
Komsa
,
J.
Kotakoski
,
S.
Kurasch
,
O.
Lehtinen
,
U.
Kaiser
, and
A. V.
Krasheninnikov
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
035503
(
2012
).
15.
R.
Egerton
,
P.
Li
, and
M.
Malac
,
Micron
35
,
399
(
2004
).
16.
X.
Wei
,
D.-M.
Tang
,
Q.
Chen
,
Y.
Bando
, and
D.
Golberg
,
ACS Nano
7
,
3491
(
2013
).
17.
L.
Reimer
and
H.
Kohl
,
Transmission Electron Microscopy
(
Springer Science+Business Media
,
2008
).
18.
J. M.
Yuk
,
J.
Park
,
P.
Ercius
,
K.
Kim
,
D. J.
Hellebusch
,
M. F.
Crommie
,
J. Y.
Lee
,
A.
Zettl
, and
A. P.
Alivisatos
,
Science
336
,
61
(
2012
).
19.
Y.
Takaku
,
H.
Suzuki
,
I.
Ohta
,
D.
Ishii
,
Y.
Muranaka
,
M.
Shimomura
, and
T.
Hariyama
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
110
,
7631
(
2013
).
20.
Z.
Lee
,
K.-J.
Jeon
,
A.
Dato
,
R.
Erni
,
T. J.
Richardson
,
M.
Frenklach
, and
V.
Radmilovic
,
Nano Lett.
9
,
3365
(
2009
).
21.
B.
Westenfelder
,
J. C.
Meyer
,
J.
Biskupek
,
S.
Kurasch
,
F.
Scholz
,
C. E.
Krill
, and
U.
Kaiser
,
Nano Lett.
11
,
5123
(
2011
).
22.
J.-N.
Longchamp
,
T.
Latychevskaia
,
C.
Escher
, and
H.-W.
Fink
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
113117
(
2012
).
23.
B.
Westenfelder
,
J. C.
Meyer
,
J.
Biskupek
,
G.
Algara-Siller
,
L. G.
Lechner
,
J.
Kusterer
,
U.
Kaiser
,
C. E.
Kril
 III
,
E.
Kohn
, and
F.
Scholz
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
44
,
055502
(
2011
).
24.
R. S.
Pantelic
,
J. W.
Suk
,
C. W.
Magnuson
,
J. C.
Meyer
,
P.
Wachsmuth
,
U.
Kaiser
,
R. S.
Ruoff
, and
H.
Stahlberg
,
J. Struct. Biol.
174
,
234
(
2011
).
25.
R. R.
Nair
,
P.
Blake
,
J. R.
Blake
,
R.
Zan
,
S.
Anissimova
,
U.
Bangert
,
A. P.
Golovanov
,
S. V.
Morozov
,
A. K.
Geim
,
K. S.
Novoselov
, and
T.
Latychevskaia
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
153102
(
2010
).
26.
R. S.
Pantelic
,
J. C.
Meyer
,
U.
Kaiser
, and
H.
Stahlberg
,
Solid State Commun.
152
,
1375
(
2012
).
27.
J.
Lee
,
K. S.
Novoselov
, and
H. S.
Shin
,
ACS Nano
5
,
608
(
2011
).
28.
J. H.
Warner
,
M. H.
Rümmeli
,
A.
Bachmatiuk
,
M.
Wilson
, and
B.
Büchner
,
ACS Nano
4
,
470
(
2010
).
29.
S.
Standop
,
O.
Lehtinen
,
C.
Herbig
,
G.
Lewes-Malandrakis
,
F.
Craes
,
J.
Kotakoski
,
T.
Michely
,
A. V.
Krasheninnikov
, and
C.
Busse
,
Nano Lett.
13
,
1948
(
2013
).
30.
M.
Kalbac
,
O.
Lehtinen
,
A. V.
Krasheninnikov
, and
J.
Keinonen
,
Adv. Mater.
25
,
1004
(
2013
).
31.
J. C.
Meyer
,
C. O.
Girit
,
M. F.
Crommie
, and
A.
Zettl
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
123110
(
2008
).
32.
J.
Brivio
,
D. T. L.
Alexander
, and
A.
Kis
,
Nano Lett.
11
,
5148
(
2011
).
33.
S. J.
Haigh
,
A.
Gholinia
,
R.
Jalil
,
S.
Romani
,
L.
Britnell
,
D. C.
Elias
,
K. S.
Novoselov
,
L. A.
Ponomarenko
,
A. K.
Geim
, and
R.
Gorbachev
,
Nature Mater.
11
,
764
(
2012
).
34.
H.-P.
Komsa
,
S.
Kurasch
,
O.
Lehtinen
,
U.
Kaiser
, and
A. V.
Krasheninnikov
,
Phys. Rev. B
88
,
035301
(
2013
).
35.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4830036 for a demonstration of different damage rates at the interface of G/MoS2 and G/MoS2/G.
36.
O.
Lehtinen
,
S.
Kurasch
,
A. V.
Krasheninnikov
, and
U.
Kaiser
,
Nat. Commun.
4
,
2098
(
2013
).
37.
R.
Zan
,
Q. M.
Ramasse
,
R.
Jalil
,
T.
Georgiou
,
U.
Bangert
, and
K. S.
Novoselov
, “
Control of radiation damage in MoS2 by graphene encapsulation
,”
ACS Nano
(published online).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.