We have explored the benefits of performing monochromated Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) in samples at cryogenic temperatures. As an example, we have observed the excitonic absorption peaks in single layer Transition Metal Dichalcogenides. These peaks appear separated by small energies due to spin orbit coupling. We have been able to distinguish the split for MoS2 below 300 K and for MoSe2 below 220 K. However, the distinction between peaks is only clear at 150 K. We have measured the change in absorption threshold between 150 K and 770 K for MoS2 and MoSe2. We discuss the effect of carbon and ice contamination in EELS spectra. The increased spectral resolution available made possible with modern monochromators in electron microscopes will require the development of stable sample holders which reaches temperatures far below that of liquid nitrogen.
References
1.
A. D.
Yoffe
, Adv. Phys.
51
, 799
(2002
).2.
P.
Ramvall
, S.
Tanaka
, S.
Nomura
, P.
Riblet
, and Y.
Aoyagi
, Appl. Phys. Lett.
73
, 1104
(1998
).3.
A.
Molina-Sanchéz
, D.
Sangalli
, K.
Hummer
, A.
Marini
, and L.
Wirtz
, Phys. Rev. B
88
, 045412
(2013
).4.
R.
Egerton
, Electron Energy-Loss Spectroscopy in the Electron Microscope
(Springer
, New York
, 2011
).5.
F. J.
García de Abajo
, Rev. Mod. Phys.
82
, 209
(2010
).6.
J.
Nelayah
, M.
Kociak
, O.
Stéphan
, F.
Javier García de Abajo
, M.
Ténce
, L.
Henrard
, D.
Taverna
, I.
Pastoriza-Santo
, L. M.
Liz-Marzán
, and C.
Colliex
, Nat. Phys.
3
, 348
(2007
).7.
L. H. G.
Tizei
, Y.-C.
Lin
, M.
Mukai
, H.
Sawada
, A.-Y.
Lu
, L.-J.
Li
, K.
Kimoto
, and K.
Suenaga
, Phys. Rev. Lett.
114
, 107601
(2015
).8.
H.
Ibach
and D. L.
Mills
, Electron Energy Loss Spectroscopy and Surface Vibrations
(Academic Press
, New York
, 1982
).9.
10.
D.
Rossouw
and G. A.
Botton
, Phys. Rev. Lett.
110
, 066801
(2013
).11.
S. F.
Tan
, L.
Wu
, J. K. W.
Yang
, P.
Bai
, M.
Bosman
, and C. A.
Nijhuis
, Science
343
, 1496
(2014
).12.
Z.
Liu
, L. H. G.
Tizei
, Y.
Sato
, Y.-C.
Lin
, C.-H.
Yeh
, P.-W.
Chiu
, M.
Terauchi
, S.
Iijima
, and K.
Suenaga
, Small
12
, 252
(2016
).13.
O. L.
Krivanek
, T. C.
Lovejoy
, N.
Dellby
, T.
Aoki
, R. W.
Carpenter
, P.
Rez
, E.
Soignard
, J.
Zhu
, P. E.
Batson
, M. J.
Lagos
et al., Nature
514
, 209
(2014
).14.
R.
Nicholls
, F. S.
Hage
, J.
Yates
, D.
McCulloch
, D. M.
Kepaptsoglou
, T. C.
Lovejoy
, N.
Dellby
, O. L.
Krivanek
, K.
Refson
, and Q. M.
Ramasse
, Microsc. Microanal.
21
, 1469
(2015
).15.
J. A.
Wilson
and A. D.
Yoffe
, Adv. Phys.
18
, 193
(1969
).16.
L. F.
Mattheiss
, Phys. Rev. B
8
, 3719
(1973
).17.
A.
Kuc
, N.
Zibouche
, and T.
Heine
, Phys. Rev. B
83
, 245213
(2011
).18.
K. F.
Mak
, C.
Lee
, J.
Hones
, J.
Shan
, and T. F.
Heinz
, Phys. Rev. Lett.
105
, 136805
(2010
).19.
J. K.
Ellis
, M. J.
Lucero
, and G. E.
Scuseria
, Appl. Phys. Lett.
99
, 261908
(2011
).20.
S. W.
Han
, H.
Kwon
, S. K.
Kim
, S.
Ryu
, W. S.
Yun
, D. H.
Kim
, J. H.
Hwang
, J.-S.
Kang
, J.
Baik
, H. J.
Shin
, and S. C.
Hong
, Phys. Rev. B
84
, 045409
(2011
).21.
H.-P.
Komsa
and A. V.
Krasheninnikov
, Phys. Rev. B
86
, 241201(R)
(2012
).22.
T.
Cheiwchanchammangij
and W. R. L.
Lambrecht
, Phys. Rev. B
85
, 205302
(2012
).23.
W.
Jin
, P.-C.
Yeh
, N.
Zaki
, D.
Zhang
, J. T.
Sadowski
, A.
Al-Mahboob
, A. M.
van der Zande
, D. A.
Chenet
, J. I.
Dadap
, I. P.
, Herman
et al., Phys. Rev. Lett.
111
, 106801
(2013
).24.
J. A.
Baglio
, G. S.
Calabrese
, E.
Kamieniecki
, R.
Kershaw
, C. P.
Kubiak
, A. J.
Ricco
, A.
Wold
, M. S.
Wrighton
, and G. D.
Zoski
, J. Electrochem. Soc.
129
, 1461
(1982
).25.
K. K.
Kam
and B. A.
Parkinson
, J. Phys. Chem.
86
, 463
(1982
).26.
A.
Splendiani
, L.
Sun
, Y.
Zhang
, T.
Li
, J.
Kim
, C.-Y.
Chim
, G.
Galli
, and F.
Wang
, Nano Lett.
10
, 1271
(2010
).27.
L.
Reimer
, Transmission Electron Microscopy: Physics of Image Formation and Microanalysis
(Springer
, Berlin
, 1997
).28.
S.-H.
Su
, W.-T.
Hsu
, C.-L.
Hsu
, C.-H.
Chen
, M.-H.
Chiu
, Y.-C.
Lin
, W.-H.
Chang
, K.
Suenaga
, J.-H.
He
, and L.-J.
Li
, Front. Energy Res.
2
, 27
(2014
).29.
Y.-C.
Lin
, C.
Jin
, J.-C.
Lee
, S.-F.
Jen
, K.
Suenaga
, and P.-W.
Chiu
, ACS Nano
5
, 2362
(2011
).30.
Y.-C.
Lin
, C.-C.
Yeh
, C.
Jin
, K.
Suenaga
, and P.-W.
Chiu
, Nano Lett.
12
, 414
(2012
).31.
R.
Erni
, Ultramicroscopy
160
, 80
(2016
).32.
A.
Yurtsever
, M.
Couillard
, and D. A.
Muller
, Phys. Rev. Lett.
100
, 217402
(2008
).33.
M.
Kociak
, O.
Stéphan
, L.
Henrard
, V.
Charbois
, A.
Rothschild
, R.
Tenne
, and C.
Colliex
, Phys. Rev. Lett.
87
, 075501
(2001
).34.
C.
Habenicht
, M.
Knupfere
, and B.
Büchner
, Phys. Rev. B
91
, 245203
(2015
).35.
W.
Zhao
, R. M.
Ribeiro
, M.
Toh
, A.
Carvalho
, C.
Kloc
, A. H.
Castro Neto
, and G.
Eda
, Nano Lett.
13
, 5627
(2013
).36.
S.
Tongay
, J.
Zhou
, C.
Ataca
, K.
Lo
, T. S.
Matthews
, J.
Li
, J. C.
Grossman
, and J.
Wu
, Nano Lett.
12
, 5576
(2012
).37.
R. F.
Egerton
, P.
Li
, and M.
Malac
, Micron
35
, 399
(2004
).38.
R.
Henderson
, Proc. R. Soc. London, Ser. B
241
, 6
(1990
).39.
S. J.
Pennycook
, M. L.
Brown
, and A. J.
Craven
, Philos. Mag. A
41
, 589
(1980
).40.
N.
Yamamoto
, J. C. H.
Spence
, and D.
Fathy
, Philos. Mag. B
49
, 609
(1984
).41.
L. F.
Zagonel
, S.
Mazzucco
, M.
Tencé
, K.
March
, R.
Bernard
, B.
Laslier
, G.
Jacopin
, M.
Tchernycheva
, L.
Rigutti
, F. H.
Julien
, R.
Songmuang
, and M.
Kociak
, Nano Lett.
11
, 568
(2011
).© 2016 Author(s).
2016
Author(s)
You do not currently have access to this content.
