Tailoring the electrical properties of transition metal dichalcogenides by doping is one of the biggest challenges for the application of 2D materials in future electronic devices. Here, we report on a straightforward approach to the n-type doping of molybdenum disulfide (MoS2) films with rhenium (Re). High-Resolution Scanning Transmission Electron Microscopy and Energy-Dispersive X-ray spectroscopy are used to identify Re in interstitial and lattice sites of the MoS2 structure. Hall-effect measurements confirm the electron donating influence of Re in MoS2, while the nominally undoped films exhibit a net p-type doping. Density functional theory (DFT) modelling indicates that Re on Mo sites is the origin of the n-type doping, whereas S-vacancies have a p-type nature, providing an explanation for the p-type behaviour of nominally undoped MoS2 films.

1.
Y.
Yoon
,
K.
Ganapathi
, and
S.
Salahuddin
,
Nano Lett.
11
(
9
),
3768
(
2011
).
2.
M. S.
Choi
,
D.
Qu
,
D.
Lee
,
X.
Liu
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
W. J.
Yoo
,
ACS Nano
8
(
9
),
9332
(
2014
).
3.
S.
Varghese
,
S.
Varghese
,
S.
Swaminathan
,
K.
Singh
, and
V.
Mittal
,
Electronics
4
(
3
),
651
(
2015
).
4.
M. Q.
Wen
,
T.
Xiong
,
Z. G.
Zang
,
W.
Wei
,
X. S.
Tang
, and
F.
Dong
,
Opt. Express
24
(
10
),
10205
(
2016
).
5.
J.
Pu
,
L.-J.
Li
, and
T.
Takenobu
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
(
29
),
14996
(
2014
).
6.
H.
Schmidt
,
F.
Giustiniano
, and
G.
Eda
,
Chem. Soc. Rev.
44
(
21
),
7715
(
2015
).
7.
D.
Kiriya
,
M.
Tosun
,
P.
Zhao
,
J. S.
Kang
, and
A.
Javey
,
J. Am. Chem. Soc.
136
(
22
),
7853
(
2014
).
8.
H.
Fang
,
S.
Chuang
,
T. C.
Chang
,
K.
Takei
,
T.
Takahashi
, and
A.
Javey
,
Nano Lett.
12
(
7
),
3788
(
2012
).
9.
L.
Yang
,
K.
Majumdar
,
H.
Liu
,
Y.
Du
,
H.
Wu
,
M.
Hatzistergos
,
P. Y.
Hung
,
R.
Tieckelmann
,
W.
Tsai
,
C.
Hobbs
, and
P. D.
Ye
,
Nano Lett.
14
(
11
),
6275
(
2014
);
[PubMed]
P.
Zhao
,
D.
Kiriya
,
A.
Azcatl
,
C.
Zhang
,
M.
Tosun
,
Y.-S.
Liu
,
M.
Hettick
,
J. S.
Kang
,
S.
McDonnell
,
S.
Kc
,
J.
Guo
,
K.
Cho
,
R. M.
Wallace
, and
A.
Javey
,
ACS Nano
8
(
10
),
10808
(
2014
).
[PubMed]
10.
J.
Suh
,
T.-E.
Park
,
D.-Y.
Lin
,
D.
Fu
,
J.
Park
,
H. J.
Jung
,
Y.
Chen
,
C.
Ko
,
C.
Jang
,
Y.
Sun
,
R.
Sinclair
,
J.
Chang
,
S.
Tongay
, and
J.
Wu
,
Nano Lett.
14
(
12
),
6976
(
2014
);
[PubMed]
A. A.
Tedstone
,
D. J.
Lewis
, and
P.
O'Brien
,
Chem. Mater.
28
(
7
),
1965
(
2016
).
11.
V. P.
Pham
and
G. Y.
Yeom
,
Adv. Mater.
28
(
41
),
9024
(
2016
).
12.
K.
Dolui
,
I.
Rungger
,
C.
Das Pemmaraju
, and
S.
Sanvito
,
Phys. Rev. B
88
(
7
),
075420
(
2013
).
13.
R.
Laskar Masihhur
,
N.
Nath Digbijoy
,
M.
Lu
,
W.
Lee Edwin
 II
,
L. C.
Hee
,
K.
Thomas
,
Y.
Zihao
,
M.
Rohan
,
A.
Roldan Manuel
,
I.
Juan‐Carlos
,
T.
Pantelides Sokrates
,
J.
Pennycook Stephen
,
C.
Myers Roberto
,
W.
Yiying
, and
R.
Siddharth
,
Appl. Phys. Lett.
104
(
9
),
092104
(
2014
).
14.
M.
Gioele
,
S.
Michael
,
S.
Brendan
,
C.
Karim
,
M.
Scott
,
P.
Ian
,
M. L.
MCarthy
,
P.
Bell Alan
,
N.
Roger
,
C.
Felice
,
K.
Hurley Paul
, and
D.
Ray
,
AIP Adv.
6
(
2
),
025323
(
2016
).
15.
H.-Y.
Park
,
M.-H.
Lim
,
J.
Jeon
,
G.
Yoo
,
D.-H.
Kang
,
S. K.
Jang
,
M. H.
Jeon
,
Y.
Lee
,
J. H.
Cho
,
G. Y.
Yeom
,
W.-S.
Jung
,
J.
Lee
,
S.
Park
,
S.
Lee
, and
J.-H.
Park
,
ACS Nano
9
(
3
),
2368
(
2015
);
[PubMed]
D.-H.
Kang
,
S.-T.
Hong
,
A.
Oh
,
S.-H.
Kim
,
H.-Y.
Yu
, and
J.-H.
Park
,
Mater. Res. Bull.
82
,
26
(
2016
).
16.
K. K.
Tiong
,
P. C.
Liao
,
C. H.
Ho
, and
Y. S.
Huang
,
J. Cryst. Growth
205
(
4
),
543
(
1999
).
17.
F. D.
Brandão
,
G. M.
Ribeiro
,
P. H.
Vaz
,
J. C.
González
, and
K.
Krambrock
,
J. Appl. Phys.
119
(
23
),
235701
(
2016
).
18.
Y.-C.
Lin
,
W.
Zhang
,
J.-K.
Huang
,
K.-K.
Liu
,
Y.-H.
Lee
,
C.-T.
Liang
,
C.-W.
Chu
, and
L.-J.
Li
,
Nanoscale
4
(
20
),
6637
(
2012
).
19.
N.
Al-Dulaimi
,
D. J.
Lewis
,
X. L.
Zhong
,
M.
Azad Malik
, and
P.
O'Brien
,
J. Mater. Chem. C
4
(
12
),
2312
(
2016
);
J.
Gao
,
Y. D.
Kim
,
L.
Liang
,
J. C.
Idrobo
,
P.
Chow
,
J.
Tan
,
B.
Li
,
L.
Li
,
B. G.
Sumpter
,
T.-M.
Lu
,
V.
Meunier
,
J.
Hone
, and
N.
Koratkar
,
Adv. Mater.
28
(
44
),
9735
(
2016
).
[PubMed]
20.
R.
Gatensby
,
N.
McEvoy
,
K.
Lee
,
T.
Hallam
,
N. C.
Berner
,
E.
Rezvani
,
S.
Winters
,
M.
O'Brien
, and
G. S.
Duesberg
,
Appl. Surf. Sci.
297
,
139
(
2014
).
21.
R.
Gatensby
,
T.
Hallam
,
K.
Lee
,
N.
McEvoy
, and
G. S.
Duesberg
,
Solid-State Electron.
125
,
39
(
2016
).
22.
R.
Mathieu
,
N.
Dupin
,
J. C.
Crivello
,
K.
Yaqoob
,
A.
Breidi
,
J. M.
Fiorani
,
N.
David
, and
J. M.
Joubert
,
Calphad
43
,
18
(
2013
).
23.
C.
Yim
,
M.
O'Brien
,
N.
McEvoy
,
S.
Riazimehr
,
H.
Schäfer-Eberwein
,
A.
Bablich
,
R.
Pawar
,
G.
Iannaccone
,
C.
Downing
,
G.
Fiori
,
M. C.
Lemme
, and
G. S.
Duesberg
,
Sci. Rep.
4
,
5458
(
2014
).
24.
C.
Lee
,
H.
Yan
,
L. E.
Brus
,
T. F.
Heinz
,
J.
Hone
, and
S.
Ryu
,
ACS Nano
4
(
5
),
2695
(
2010
).
25.
S.
Tongay
,
H.
Sahin
,
C.
Ko
,
A.
Luce
,
W.
Fan
,
K.
Liu
,
J.
Zhou
,
Y.-S.
Huang
,
C.-H.
Ho
,
J.
Yan
,
D. F.
Ogletree
,
S.
Aloni
,
J.
Ji
,
S.
Li
,
J.
Li
,
F. M.
Peeters
, and
J.
Wu
,
Nat. Commun.
5
,
3252
(
2014
).
26.
D. V.
Voronine
,
G.
Lu
,
D.
Zhu
, and
A.
Krayev
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
23
(
1
),
4600506
(
2017
).
27.
W.
Zhou
,
X.
Zou
,
S.
Najmaei
,
Z.
Liu
,
Y.
Shi
,
J.
Kong
,
J.
Lou
,
P. M.
Ajayan
,
B. I.
Yakobson
, and
J.-C.
Idrobo
,
Nano Lett.
13
(
6
),
2615
(
2013
).
28.
P.
Vancsó
,
G. Z.
Magda
,
J.
Pető
,
J.-Y.
Noh
,
Y.-S.
Kim
,
C.
Hwang
,
L. P.
Biró
, and
L.
Tapasztó
,
Sci. Rep.
6
,
29726
(
2016
).
29.
D.
Liu
,
Y.
Guo
,
L.
Fang
, and
J.
Robertson
,
Appl. Phys. Lett.
103
(
18
),
183113
(
2013
);
M.
Houssa
,
K.
Iordanidou
,
G.
Pourtois
,
V. V.
Afanas'ev
, and
A.
Stesmans
,
Appl. Surf. Sci.
416
,
853
(
2017
).
30.
C.
Mikai
,
N.
Hongsuk
,
W.
Sungjin
,
J.
Lian
,
R.
Xin
,
B.
Lifeng
,
L.
Shulong
, and
L.
Xiaogan
,
Appl. Phys. Lett.
103
(
14
),
142110
(
2013
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.