The effect of lithium atoms' evaporation on the surface of monolayer MoS2 grown on SiO2/Si substrate is studied using ultrahigh vacuum (∼10−11 mbar) Raman and circularly polarized photoluminescence spectroscopies, at low lithium coverage (up to ∼0.17 monolayer). With increasing Li doping, the dominant E2g1 and A1g Raman modes of MoS2 shift in energy and broaden. Additionally, non zone-center phonon modes become Raman active. This regards, in particular, to double resonance Raman scattering processes, involving longitudinal acoustic phonon modes at the M and K points of the Brillouin zone of MoS2 and defects. It is also accompanied by a significant decrease in the overall intensity and the degree of circular polarization of the photoluminescence spectrum. The observed changes in the optical spectra are understood as a result of electron doping by lithium atoms and disorder-activated intervalley scattering of electrons and holes in the electronic band structure of monolayer MoS2.

1.
A.
Splendiani
,
L.
Sun
,
Y.
Zhang
,
T.
Li
,
J.
Kim
,
C. Y.
Chim
,
G.
Gali
, and
F.
Wang
,
Nano Lett.
10
,
1271
(
2010
).
2.
K. F.
Mak
,
C.
Lee
,
J.
Hone
,
J.
Shan
, and
T. F.
Heinz
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
136805
(
2010
).
3.
K. F.
Mak
,
K.
He
,
C.
Lee
,
G. H.
Lee
,
J.
Hone
,
T. F.
Heinz
, and
J.
Shan
,
Nat. Mater.
12
,
207
(
2012
).
4.
C.
Mai
,
A.
Barrette
,
Y.
Yu
,
Y. G.
Semenov
,
K. W.
Kim
,
L.
Cao
, and
K.
Gundogdu
,
Nano Lett.
14
,
202
(
2013
).
5.
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
).
6.
K. F.
Mak
,
K.
He
,
J.
Shan
, and
T. F.
Heinz
,
Nat. Nanotechnol.
7
,
494
(
2012
).
7.
B. R.
Carvalho
,
L. M.
Malard
,
J. M.
Alves
,
C.
Fantini
, and
M. A.
Pimenta
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
136403
(
2015
).
8.
N.
Saigal
and
S.
Ghosh
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
242103
(
2015
).
9.
Q. H.
Wang
,
K. K.
Zadeh
,
A.
Kis
,
J. N.
Coleman
, and
M. S.
Strano
,
Nat. Nanotechnol.
7
,
699
(
2012
).
10.
M.
Ye
,
D.
Winslow
,
D.
Zhang
,
R.
Pandey
, and
Y. K.
Yap
,
Photonics
2
,
288
(
2015
).
11.
S.
Tongay
,
J.
Suh
,
C.
Ataca
,
W.
Fan
,
A.
Luce
,
J. S.
Kang
,
J.
Liu
,
C.
Ko
,
R.
Raghunathanan
,
J.
Zhou
,
F.
Ogletree
,
J.
Li
,
J. C.
Grossman
, and
J.
Wu
,
Sci. Rep.
3
,
2657
(
2013
).
12.
N.
Saigal
and
S.
Ghosh
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
122105
(
2016
).
13.
S.
Mignuzzi
,
A. J.
Pollard
,
N.
Bonini
,
B.
Brennan
,
I.
Gilmore
,
M. A.
Pimenta
,
D.
Richards
, and
D.
Roy
,
Phys. Rev. B
91
,
195411
(
2015
).
14.
S.
Mouri
,
Y.
Miyauchi
, and
K.
Matsuda
,
Nano Lett.
13
,
5944
(
2013
).
15.
G.
Eda
,
H.
Yamaguchi
,
D.
Voiry
,
T.
Fujita
,
M.
Chen
, and
M.
Chhowalla
,
Nano Lett.
11
,
5111
(
2011
).
16.
M.
Amani
,
D. H.
Lien
,
D.
Kiriya
,
J.
Xiao
,
A.
Azcatl
,
J.
Noh
,
S. R.
Madhvapathy
,
R.
Addou
,
S.
KC
,
M.
Dubey
,
K.
Cho
,
R. M.
Wallace
,
S. C.
Lee
,
J. H.
He
,
J. W.
Ager
,
X.
Zhang
,
E.
Yablonovitch
, and
A.
Javey
,
Science
350
,
1065
(
2015
).
17.
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
,
6976
(
2014
).
18.
K.
Zhang
,
S.
Feng
,
J.
Wang
,
A.
Azcatl
,
N.
Lu
,
R.
Addou
,
N.
Wang
,
C.
Zhou
,
J.
Lerach
,
V.
Bojan
,
M. J.
Kim
,
L. Q.
Chen
,
R. M.
Wallace
,
M.
Terrones
,
J.
Zhu
, and
J. A.
Robinson
,
Nano Lett.
15
,
6586
(
2015
).
19.
H.
Fang
,
M.
Tosun
,
G.
Seol
,
T. C.
Chang
,
K.
Takei
,
J.
Guo
, and
A.
Javey
,
Nano Lett.
13
,
1991
(
2013
).
20.
S. J. R.
Tan
,
I.
Abdelwahab
,
Z.
Ding
,
X.
Zhao
,
T.
Yang
,
G. Z. J.
Loke
,
H.
Lin
,
I.
Verzhbitskiy
,
S. M.
Poh
,
H.
Xu
,
C. T.
Nai
,
W.
Zhou
,
G.
Eda
,
B.
Jia
, and
K. P.
Loh
,
J. Am. Chem. Soc.
139
,
2504
(
2017
).
21.
B.
Chakraborty
,
A.
Bera
,
D. V. S.
Muthu
,
S.
Bhowmick
,
U. V.
Waghmare
, and
A. K.
Sood
,
Phys. Rev. B
85
,
161403(R)
(
2012
).
22.
C. A.
Howard
,
M. P. M.
Dean
, and
F.
Withers
,
Phys. Rev. B
84
,
241404(R)
(
2011
).
23.
K.
Dolui
,
I.
Rungger
,
C. D.
Pemmaraju
, and
S.
Sanvito
,
Phys. Rev. B
88
,
075420
(
2013
).
24.
D. N.
Esfahani
,
O.
Leenaerts
,
H.
Sahin
,
B.
Partoens
, and
F. M.
Peeters
,
J. Phy. Chem. C
119
,
10602
(
2014
).
25.
Y. C.
Lin
,
D. O.
Dumcenco
,
Y. S.
Huang
, and
K.
Suenaga
,
Nat. Nanotechnol.
9
,
391
(
2014
).
26.
Y.
Cheng
,
A.
Nie
,
Q.
Zhang
,
L. Y.
Gan
,
R. S.
Yassar
, and
U.
Schwingenschlogl
,
ACS Nano
8
,
11447
(
2014
).
27.
F.
Ersan
,
G.
Gökoğlu
, and
E.
Aktürk
,
J. Phys. Chem. C
119
,
28648
(
2015
).
28.
R.
Kappera
,
D.
Voiry
,
S. E.
Yalcin
,
B.
Brnach
,
G.
Gupta
,
A. D.
Mohite
, and
M.
Chhowalla
,
Nat. Mater.
13
,
1128
(
2014
).
29.
J. A.
Wilson
and
A. D.
Yoffe
,
Adv. Phys.
18
,
193
(
1969
).
30.
M. A.
Py
and
R. R.
Haering
,
Can. J. Phys.
61
,
76
(
1983
).
31.
X.
Qian
,
J.
Liu
,
L.
Fu
, and
J.
Li
,
Science
346
,
1344
(
2014
).
32.
X.
Yin
,
Q.
Wang
,
L.
Cao
,
C. S.
Tang
,
X.
Luo
,
Y.
Zheng
,
L. M.
Wong
,
S. J.
Wang
,
S. Y.
Quek
,
W.
Zhang
,
A.
Rusydi
, and
A. T. S.
Wee
,
Nat. Commun.
8
,
486
(
2017
).
33.
F.
Xiong
,
H.
Wang
,
X.
Liu
,
J.
Sun
,
M.
Brongersma
,
E.
Pop
, and
Y.
Cui
,
Nano Lett.
15
,
6777
(
2015
).
34.
X.
Wang
,
X.
Shen
,
Z.
Wang
,
R.
Yu
, and
L.
Chen
,
ACS Nano
11
,
11394
(
2014
).
35.
B. V.
Senkovskiy
,
A. V.
Fedorov
,
D.
Haberer
,
M.
Farjam
,
K. A.
Simonov
,
A. B.
Preobrajenski
,
N.
Martensson
,
N.
Atodiresei
,
V.
Caciuc
,
S.
Blügel
,
A.
Rosch
,
N. I.
Verbitskiy
,
M.
Hell
,
D. V.
Evtushinsky
,
R.
German
,
T.
Marangoni
,
P. H. M.
van Loosdrecht
,
F. R.
Fischer
, and
A.
Grüneis
,
Adv. Electron. Mater.
3
,
1600490
(
2017
).
36.
A.
Grüneis
,
B. V.
Senkovskiy
,
A. V.
Fedorov
,
M.
Hell
, and
S.
Michel
,
Reference Module in Chemistry, Molecular Sciences and Chemical Engineering
(
Elsevier
,
2017
).
37.
C.
Lee
,
H.
Yan
,
L. E.
Brus
,
T. F.
Heinz
,
J.
Hone
, and
S.
Ryu
,
ACS Nano
4
,
2695
(
2010
).
38.
S. Y.
Chen
,
C.
Zheng
,
M. S.
Fuhrer
, and
J.
Yan
,
Nano Lett.
15
,
2526
(
2015
).
39.
B. R.
Carvalho
,
Y.
Wang
,
S.
Mignuzzi
,
D.
Roy
,
M.
Terrones
,
C.
Fantini
,
V. H.
Crespi
,
L. M.
Malard
, and
M. A.
Pimenta
,
Nat. Commun.
8
,
14670
(
2017
).
40.
H.
Richter
,
Z. P.
Wang
, and
L.
Ley
,
Solid State Commun.
39
,
625
(
1981
).
41.
W.
Shi
,
X.
Zhang
,
X. L.
Li
,
X. F.
Qiao
,
J. B.
Wu
,
J.
Zhang
, and
P. H.
Tan
,
Chin. Phys. Lett.
33
,
057801
(
2016
).
42.
G.
Kioseoglou
,
A. T.
Hanbicki
,
M.
Currie
,
A. L.
Friedman
, and
B. T.
Jonker
,
Sci. Rep.
6
,
25041
(
2016
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.