We describe a photogating effect in mono- and few-layer MoS2, which allows the control of the charge carrier density by almost two orders of magnitude without electrical contacts. Our Raman studies are consistent with physisorbed environmental molecules, which effectively deplete the intrinsically n-doped charge carrier system via charge transfer and which can be gradually removed by the exposure to light. This photogating process is reversible and precisely tunable by the light intensity. The photogating efficiency is quantified by comparison with measurements on electrostatically gated MoS2.
References
1.
Q. H.
Wang
, K.
Kalantar-Zadeh
, A.
Kis
, J. N.
Coleman
, and M. S.
Strano
, Nat. Nanotechnol.
7
, 699
(2012
).2.
B.
Radisavljevic
, A.
Radenovic
, J.
Brivio
, V.
Giacometti
, and A.
Kis
, Nat. Nanotechnol.
6
, 147
(2011
).3.
K. F.
Mak
, C.
Lee
, J.
Hone
, J.
Shan
, and T. F.
Heinz
, Phys. Rev. Lett.
105
, 136805
(2010
).4.
Z.
Yin
, H.
Li
, H.
Li
, L.
Jiang
, Y.
Shi
, Y.
Sun
, G.
Lu
, Q.
Zhang
, X.
Chen
, and H.
Zhang
, ACS Nano
6
, 74
(2012
).5.
O.
Lopez-Sanchez
, D.
Lembke
, M.
Kayci
, A.
Radenovic
, and A.
Kis
, Nat. Nanotechnol.
8
, 497
(2013
).6.
X.
Xu
, W.
Yao
, Di
Xiao
, and T. F.
Heinz
, Nat. Phys.
10
, 343
(2014
).7.
M.-L.
Tsai
, S.-H.
Su
, J.-K.
Chang
, D.-S.
Tsai
, C.-H.
Chen
, C.-I.
Wu
, L.-J.
Li
, L.-J.
Chen
, and J.-H.
He
, ACS Nano
8
, 8317
(2014
).8.
D. J.
Late
, Y.-K.
Huang
, B.
Liu
, J.
Acharya
, S. N.
Shirodkar
, J.
Luo
, A.
Yan
, D.
Charles
, U. V.
Waghmare
, V. P.
Dravid
, and C. N. R.
Rao
, ACS Nano
7
, 4879
(2013
).9.
M.
Bernardi
, M.
Palummo
, and J. C.
Grossman
, Nano Lett.
13
, 3664
(2013
).10.
Y.
Li
, C.-Y.
Xu
, P.
Hu
, and L.
Zhen
, ACS Nano
7
, 7795
(2013
).11.
M.
Buscema
, G. A.
Steele
, H. S. J.
van der Zant
, and A.
Castellanos-Gomez
, Nano Res.
7
, 561
(2014
).12.
S.
Tongay
, J.
Zhou
, C.
Ataca
, J.
Liu
, J. S.
Kang
, T. S.
Matthews
, L.
You
, J.
Li
, J. C.
Grossman
, and J.
Wu
, Nano Lett.
13
, 2831
(2013
).13.
N.
Mao
, Y.
Chen
, D.
Liu
, J.
Zhang
, and L.
Xie
, Small
9
, 1312
(2013
).14.
H.
Nan
, Z.
Wang
, W.
Wang
, Z.
Liang
, Y.
Lu
, Q.
Chen
, D.
He
, P.
Tan
, F.
Miao
, X.
Wang
, J.
Wang
, and Z.
Ni
, ACS Nano
8
, 5738
(2014
).15.
Q.
Yue
, Z.
Shao
, S.
Chang
, and J.
Li
, Nanoscale Res. Lett.
8
, 425
(2013
).16.
S.
Najmaei
, X.
Zou
, D.
Er
, J.
Li
, Z.
Jin
, W.
Gao
, Q.
Zhang
, S.
Park
, L.
Ge
, S.
Lei
, J.
Kono
, V. B.
Shenoy
, B. I.
Yakobson
, A.
George
, P. M.
Ajayan
, and J.
Lou
, Nano Lett.
14
, 1354
(2014
).17.
M. A.
Pimenta
, E.
del Corro
, B. R.
Carvalho
, C.
Fantini
, and L. M.
Malard
, Acc. Chem. Res.
48
, 41
(2015
).18.
C.
Lee
, H.
Yan
, L. E.
Brus
, T. F.
Heinz
, J.
Hone
, and S.
Ryu
, ACS Nano
4
, 2695
(2010
).19.
G.
Plechinger
, S.
Heydrich
, J.
Eroms
, D.
Weiss
, C.
Schüller
, and T.
Korn
, Appl. Phys. Lett.
101
, 101906
(2012
).20.
C.
Rice
, R.
Young
, R.
Zan
, U.
Bangert
, D.
Wolverson
, T.
Georgiou
, R.
Jalil
, and K.
Novoselov
, Phys. Rev. B
87
, 081307(R)
(2013
).21.
H. J.
Conley
, B.
Wang
, J. I.
Ziegler
, R. F.
Haglund
, S. T.
Pantelides
, and K. I.
Bolotin
, Nano Lett.
13
, 3626
(2013
).22.
N. A.
Lanzillo
, A.
Glen Birdwell
, M.
Amani
, F. J.
Crowne
, P. B.
Shah
, S.
Najmaei
, Z.
Liu
, P. M.
Ajayan
, J.
Lou
, M.
Dubey
, S. K.
Nayak
, and T. P.
O'Regan
, Appl. Phys. Lett.
103
, 093102
(2013
).23.
B.
Chakraborty
, A.
Bera
, D. V. S.
Muthu
, S.
Bhowmick
, U. V.
Waghmare
, and A. K.
Sood
, Phys. Rev. B
85
, 161403(R)
(2012
).24.
C. H.
Lui
, Z.
Ye
, C.
Keiser
, X.
Xiao
, and R.
He
, Nano Lett.
14
, 4615
(2014
).25.
A.
Das
, S.
Pisana
, B.
Chakraborty
, S.
Piscanec
, S. K.
Saha
, U. V.
Waghmare
, K. S.
Novoselov
, H. R.
Krishnamurthy
, A. K.
Geim
, A. C.
Ferrari
, and A. K.
Sood
, Nat. Nanotechnol.
3
, 210
(2008
).© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.