Spectroscopic ellipsometry was used to characterize the complex refractive index of chemical-vapor-deposited monolayer transition metal dichalcogenides (TMDs). The extraordinary large value of the refractive index in the visible frequency range is obtained. The absorption response shows a strong correlation between the magnitude of the exciton binding energy and band gap energy. Together with the observed giant spin-orbit splitting, these findings advance the fundamental understanding of their novel electronic structures and the development of monolayer TMDs-based optoelectronic and spintronic devices.
References
1.
Q. H.
Wang
, K. Z.
Kourosh
, A.
Kis
, J. N.
Coleman
, and M. S.
Strano
, Nat. Nanotechnol.
7
, 699
(2012
).2.
M.
Chhowalla
, H. S.
Shin
, G.
Eda
, L. J.
Li
, K. P.
Loh
, and H.
Zhang
, Nat. Chem.
5
, 263
(2013
).3.
K. F.
Mak
, C.
Lee
, J.
Hone
, J.
Shan
, and T. F.
Heinz
, Phys. Rev. Lett.
105
, 136805
(2010
).4.
A.
Splendiani
, L.
Sun
, Y.
Zhang
, T.
Li
, J.
Kim
, C. Y.
Chim
, G.
Galli
, and F.
Wang
, Nano Lett.
10
, 1271
(2010
).5.
S.
Tongay
, J.
Zhou
, C.
Ataca
, K.
Lo
, T. S.
Matthews
, J.
Li
, J. C.
Grossman
, and J.
Wu
, Nano Lett.
12
, 5576
(2012
).6.
H. R.
Gutuerrez
, N.
Perea-Lopez
, A. L.
Elias
, A.
Berkdemir
, B.
Wang
, R. L. F.
López-Urias
, V. H.
Crespi
, H.
Terrones
, and M.
Terrones
, Nano Lett.
13
, 3447
(2013
).7.
W.
Zhao
, Z.
Ghorannevis
, L.
Chu
, M.
Toh
, C.
Kloc
, P. H.
Tan
, and G.
Eda
, ACS Nano
7
, 791
(2013
).8.
R. S.
Sundaram
, M.
Engel
, A.
Lombardo
, R.
Krupke
, A. C.
Ferrari
, Ph.
Avouris
, and M.
Steiner
, Nano Lett.
13
, 1416
(2013
).9.
B.
Radisavljevic
, A.
Radenovic
, J.
Brivio
, V.
Giacometti
, and A.
Kis
, Nat. Nanotechnol.
6
, 147
(2011
).10.
B.
Radisavljevic
, M. B.
Whitwick
, and A.
Kis
, ACS Nano
5
, 9934
(2011
).11.
S.
Larentis
, B.
Fallahazad
, and E.
Tutuc
, Appl. Phys. Lett.
101
, 223104
(2012
).12.
M.
Bernardi
, M.
Palummo
, and J. C.
Grossman
, Nano Lett.
13
, 3664
(2013
).13.
D.
Lagarde
, L.
Bouet
, X.
Marie
, C. R.
Zhu
, B. L.
Liu
, T.
Amand
, P. H.
Tan
, and B.
Urbaszek
, Phys. Rev. Lett.
112
, 047401
(2014
).14.
K. F.
Mak
, K.
He
, J.
Shan
, and T. F.
Heinz
, Nat. Nanotechnol.
7
, 494
(2012
).15.
H.
Zeng
, J.
Dai
, W.
Yao
, D.
Xiao
, and X.
Cui
, Nat. Nanotechnol.
7
, 490
(2012
).16.
T.
Cao
, G.
Wang
, W.
Han
, H.
Ye
, C.
Zhu
, J.
Shi
, Q.
Niu
, P.
Tan
, E.
Wang
, B.
Liu
, and J.
Feng
, Nat. Commun.
3
, 887
(2012
).17.
Z. Y.
Zhu
, Y. C.
Cheng
, and U.
Schwingenschlogl
, Phys. Rev. B
84
, 153402
(2011
).18.
H. G.
Tompkins
and W. A.
McGahan
, Spectroscopic Ellipsometry and Reflectometry: A User's Guide
(John Wiley & Sons
, New York
, 1999
).19.
Y. H.
Lee
, X. Q.
Zhang
, W.
Zhang
, M. T.
Chang
, C. T.
Lin
, K. D.
Chang
, Y. C.
Yu
, T. W.
Wang
, C. S.
Chang
, L. J.
Li
, and T. W.
Lin
, Adv. Mater.
24
, 2320
(2012
).20.
Y. H.
Lee
, L.
Yu
, H.
Wang
, W.
Fang
, X.
Ling
, Y.
Shi
, C. T.
Lin
, J. K.
Huang
, M. T.
Chang
, C. S.
Chang
, M.
Dresselhaus
, T.
Palacios
, L. J.
Li
, and J.
Kong
, Nano Lett.
13
, 1852
(2013
).21.
J. K.
Huang
, J.
Pu
, C. L.
Hsu
, M. H.
Chiu
, Z. Y.
Juang
, Y. H.
Chang
, W. H.
Chang
, Y.
Iwasa
, T.
Takenobu
, and L. J.
Li
, ACS Nano
8
, 923
(2014
).22.
S. H.
Su
, Y. T.
Hsu
, Y. H.
Chang
, M. H.
Chiu
, C. L.
Hsu
, W. T.
Hsu
, W. H.
Chang
, J. H.
He
, and L. J.
Li
, Small
10
, 2589
(2014
).23.
C. C.
Shen
, Y. T.
Hsu
, L. J.
Li
, and H. L.
Liu
, Appl. Phys. Express
6
, 125801
(2013
).24.
D.
Bouhafs
, A.
Moussi
, A.
Chikouche
, and J. M.
Ruiz
, Sol. Energy Mater. Sol. Cells
52
, 79
(1998
).25.
T.
Nakamura
, H.
Fujii
, N.
Juni
, and N.
Tsutsumi
, Opt. Rev.
13
, 104
(2006
).26.
M.
Ma
, F. W.
Mont
, D. J.
Poxson
, J.
Cho
, E. F.
Schubert
, R. E.
Welser
, and A. K.
Sood
, J. Appl. Phys.
108
, 043102
(2010
).27.
J. F.
Muth
, R. M.
Kolbas
, A. K.
Sharma
, S.
Oktyabrsky
, and J.
Narayan
, J. Appl. Phys.
85
, 7884
(1999
).28.
M.
Shinada
and S.
Sugano
, J. Phys. Soc. Jpn.
21
, 1936
(1966
).29.
Y.
Zhang
, T. R.
Chang
, B.
Zhou
, Y. T.
Cui
, H.
Yan
, Z.
Liu
, F.
Schmitt
, J.
Lee
, R.
Moore
, Y.
Chen
, H.
Lin
, H. T.
Jeng
, S. K.
Mo
, Z.
Hussain
, A.
Bansil
, and Z. X.
Shen
, Nat. Nanotechnol.
9
, 111
(2014
).30.
C.
Zhang
, A.
Johnson
, C. L.
Hsu
, L. J.
Li
, and C. K.
Shih
, Nano Lett.
14
, 2443
(2014
).31.
A.
Ramasubramaniam
, Phys. Rev. B
86
, 115409
(2012
).32.
T.
Cheiwchanchamnangij
and W. R. L.
Lambrecht
, Phys. Rev. B
85
, 205302
(2012
).33.
H. P.
Komsa
and A. V.
Krasheninnikov
, Phys. Rev. B
86
, 241201
(2012
).34.
H.
Shi
, H.
Pan
, Y. W.
Zhang
, and B. I.
Yakobson
, Phys. Rev. B
87
, 155304
(2013
).35.
D. Y.
Qiu
, F. H. da
Jornada
, and S. G.
Louie
, Phys. Rev. Lett.
111
, 216805
(2013
).36.
D. R.
Penn
, Phys. Rev.
128
, 2093
(1962
).37.
A.
Molina-Sanchez
, D.
Sangalli
, K.
Hummer
, A.
Marini
, and L.
Wirtz
, Phys. Rev. B
88
, 045412
(2013
).38.
P. Y.
Yu
and M.
Cardona
, Fundamentals of Semiconductors: Physics and Materials Properties
(Springer
, Heidelberg
, 1996
), pp. 67
–77
.© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
