The discovery of graphene ignited intensive investigation of two-dimensional materials. A typical two-dimensional material, transition metal dichalcogenide (TMDC), attracts much attention because of its excellent performance in field effect transistor measurements and applications. Particularly, when TMDC reaches the dimension of a few layers, a wide range of electronic and optical properties can be detected that are in striking contrast to bulk samples. In this letter, we synthesized WS2 single-crystal nanoflakes using physical vapor deposition and carried out a series of measurements of the contact resistance and magnetoresistance. Focused ion beam (FIB) technology was applied to deposit Pt electrodes on the WS2 flakes, and the FIB-deposited contacts exhibited linear electrical characteristics. Resistance versus temperature measurements showed similar Mott variable range hopping behavior in different magnetic fields. Additionally, a temperature-modulated negative-to-positive magnetoresistance transition was observed. Our work reveals the magnetotransport characteristics of WS2 flakes, which may stimulate further studies of the properties of TMDC and its corresponding electronic and optoelectronic applications.

1.
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
D.
Jiang
,
Y.
Zhang
,
S. V.
Dubonos
,
I. V.
Grigorieva
, and
A. A.
Firsov
,
Science
306
,
666
(
2004
).
2.
B.
Radisavljevic
,
A.
Radenovic
,
J.
Brivio
,
V.
Giacometti
, and
A.
Kis
,
Nat. Nanotechnol.
6
,
147
(
2011
).
3.
B.
Radisavljevic
and
A.
Kis
,
Nat. Mater.
12
,
815
(
2013
).
4.
R.
Kappera
,
D.
Voiry
,
S. E.
Yalcin
,
B.
Branch
,
G.
Gupta
,
A. D.
Mohite
, and
M.
Chhowalla
,
Nat. Mater.
13
,
1128
(
2014
).
5.
K. F.
Mak
,
C. G.
Lee
,
J.
Hone
,
J.
Shan
, and
T. F.
Heinz
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
136805
(
2010
).
6.
T.
Georgiou
,
R.
Jalil
,
B. D.
Belle
,
L.
Britnell
,
R. V.
Gorbachev
,
S. V.
Morozov
,
Y. J.
Kim
,
A.
Gholinia
,
S. J.
Haigh
, and
O.
Makarovsky
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
100
(
2013
).
7.
X. P.
Hong
,
J. W.
Kim
,
S. F.
Shi
,
Y.
Zhang
,
C. H.
Jin
,
Y. H.
Sun
,
S.
Tongay
,
J. Q.
Wu
,
Y. F.
Zhang
, and
F.
Wang
,
Nat. Nanotechnol.
9
,
682
(
2014
).
8.
W. S.
Hwang
,
M.
Remskar
,
R.
Yan
,
V.
Protasenko
,
K.
Tahy
,
S. D.
Chae
,
P.
Zhao
,
A.
Konar
,
H. L.
Xing
,
A.
Seabaugh
, and
D.
Jena
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
013107
(
2012
).
9.
D.
Ovchinnikov
,
A.
Allain
,
Y. S.
Huang
,
D.
Dumcenco
, and
A.
Kis
,
ACS Nano
8
,
8174
(
2014
).
10.
D.
Braga
,
I. G.
Lezama
,
H.
Berger
, and
A. F.
Morpurgo
,
Nano Lett.
12
,
5218
(
2012
).
11.
F.
Withers
,
T. H.
Bointon
,
D. C.
Hudson
,
M. F.
Craciun
, and
S.
Russo
,
Sci. Rep.
4
,
4967
(
2014
).
12.
S.
Das
,
H. Y.
Chen
,
A. V.
Penumatcha
, and
J.
Appenzeller
,
Nano Lett.
13
,
100
(
2013
).
13.
J.
Kumar
,
M. A.
Kuroda
,
M. Z.
Bellus
,
S. J.
Han
, and
H. Y.
Chiu
,
App. Phys. Lett.
106
,
123508
(
2015
).
14.
L. M.
Yang
,
K.
Majumdar
,
H.
Liu
,
Y. C.
Du
,
H.
Wu
,
M.
Hatzistergos
,
P. Y.
Hung
,
R.
Tieckelmann
,
W.
Tsai
,
C.
Hobbs
, and
P. D.
Ye
,
Nano Lett.
14
,
6275
(
2014
).
15.
H. L.
Zeng
,
G. B.
Liu
,
J. F.
Dai
,
Y. J.
Yan
,
B. R.
Zhu
,
R. C.
He
,
L.
Xie
,
S. J.
Xu
,
X. H.
Chen
,
W.
Yao
, and
S. D.
Cui
,
Sci. Rep.
3
,
1608
(
2013
).
16.
J.
Wang
,
M.
Singh
,
M. L.
Tian
,
N.
Kumar
,
B. Z.
Liu
,
C. T.
Shi
,
J. K.
Jain
,
N.
Samarth
,
T. E.
Mallouk
, and
M. H. W.
Chan
,
Nat. Phys
6
,
389
394
(
2010
).
17.
M. L.
Tian
,
J.
Wang
,
W.
Ning
,
T. E.
Mallouk
, and
M. H. W.
Chan
,
Nano Lett.
15
,
1487
(
2015
).
18.
M. L.
Tian
,
J.
Wang
,
Q.
Zhang
,
N.
Kumar
,
T. E.
Mallouk
, and
M. H. W.
Chan
,
Nano Lett.
9
,
3196
(
2009
).
19.
J.
Wang
,
Y.
Sun
,
M. L.
Tian
,
B. Z.
Liu
,
M.
Singh
, and
M. H. W.
Chan
,
Phys. Rev. B
86
,
035439
(
2012
).
20.
A.
Berkdemir
,
H. R.
Gutiérrez
,
A. R.
Botello-Méndez
,
N.
Perea-López
,
A. L.
Elías
,
C. I.
Chia
,
B.
Wang
,
V. H.
Crespi
,
F.
López-Urías
,
J. C.
Charlier
,
H.
Terrones
, and
M.
Terrones
,
Sci. Rep.
3
,
1755
(
2013
).
21.
F. W.
Van Keuls
,
X. L.
Hu
,
H. W.
Jiang
, and
A. J.
Dahm
,
Phys. Rev. B
56
,
1161
(
1997
).
22.
S. K.
Kim
,
A.
Konar
,
W. S.
Hwang
,
J. H.
Lee
,
J.
Lee
,
J. Y.
Yang
,
C. H.
Jung
,
H. S.
Kim
,
J. B.
Yoo
,
J. Y.
Choi
,
Y. W.
Jin
,
S. Y.
Lee
,
D.
Jena
,
W.
Choi
, and
K.
Kim
,
Nat. Commun.
3
,
1011
(
2012
).
23.
M. N.
Ali
,
J.
Xiong
,
S.
Flynn
,
J.
Tao
,
Q. D.
Gibson
,
L. M.
Schoop
,
T.
Liang
,
N.
Haldolaarachchige
,
M.
Hirschberger
,
N. P.
Ong
, and
R. J.
Cava
,
Nature
514
,
205
(
2014
).
24.
Y. F.
Zhao
,
H. W.
Liu
,
J. Q.
Yan
,
W.
An
,
J.
Liu
,
X.
Zhang
,
H.
Jiang
,
Y.
Liu
,
H.
Jiang
,
Q.
Li
,
Y.
Wang
,
X. Z.
Li
,
D.
Mandrus
,
X. C.
Xie
,
M. H.
Pan
, and
J.
Wang
,
Phys. Rev. B
92
,
041104(R)
(
2015
).
25.
H. T.
Yuan
,
M. S.
Bahramy
,
K.
Morimoto1
,
S. F.
Wu
,
K.
Nomura
,
B. J.
Yang
,
H.
Shimotani
,
R.
Suzuki
,
M.
Toh
,
C.
Kloc
,
X. D.
Xu
,
R.
Arita
,
N.
Nagaosa
, and
Y.
Iwasa
,
Nat. Phys.
9
,
563
(
2013
).
26.
Y. B.
Zhou
,
B. H.
Han
,
Z. M.
Liao
,
H. C.
Wu
, and
D. P.
Yu
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
222502
(
2011
).
27.
P. A.
Bobbert
,
T. D.
Nguyen
,
F. W. A.
Van Oost
,
B.
Koopmans
, and
M.
Wohlgenannt
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
216801
(
2007
).
28.
T. G.
Rappoport
,
B.
Uchoa
, and
A. H.
Castro Neto
,
Phys. Rev. B
80
,
245408
(
2009
).
29.
H. B.
Gu
,
J.
Guo
,
R.
Sadu
,
Y. D.
Huang
,
N.
Haldolaarachchige
,
D.
Chen
,
D. P.
Young
,
S. Y.
Wei
, and
Z. H.
Guo
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
212403
(
2013
).
30.
A.
Sybous
,
A.
El Kaaouachi
,
A.
Narjis
,
L.
Limouny
,
S.
Dlimi
, and
G.
Biskupski
,
J. Mod. Phys.
3
,
521
(
2012
).
31.
T. I.
Su
,
C. R.
Wang
,
S. T.
Lin
, and
R.
Rosenbaum
,
Phys. Rev. B
66
,
054438
(
2002
).
32.
J. S.
Hu
and
T. F.
Rosenbaum
,
Nat. Mater.
7
,
697
(
2008
).
33.
M. M.
Parish
and
P. B.
Littlewood
,
Nature
426
,
162
(
2003
).
34.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4946859 for negative to positive crossover of the magnetoresistance in layered WS2.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.