In this letter, van der Waals heterostructures (vdWHs) assembled by molybdenum disulfide (MoS2) and graphene monolayers are used as an experimental prototype to study the interaction between two-dimensional (2D) semiconducting and semimetal materials. The electron redistribution and energy transfer in graphene/MoS2 vdWHs are demonstrated by the combination of electrical measurements (Dirac-point shift) and Raman analyses. In graphene, the linear dispersive Dirac fermions can resonate with various-frequency “photons,” which “emit” from optically active MoS2 by the recombination of in-plane excitons. The experimental finding suggests that the photon-induced charge separation and accumulation might be in a low degree, thus affecting the performance of semiconductor/graphene-based 2D optoelectronic devices.

1.
H.
Wang
,
J.
Bang
,
Y. Y.
Sun
,
L. B.
Liang
,
D.
West
,
V.
Meunier
, and
S. B.
Zhang
,
Nat. Commun.
7
,
11504
(
2016
).
2.
W. Y.
Lin
,
B.
Tian
,
P. P.
Zhuang
,
J.
Yin
,
C. K.
Zhang
,
Q. Y.
Li
,
T. M.
Shih
, and
W. W.
Cai
,
Nano Lett.
16
(
9
),
5737
5741
(
2016
).
3.
H.
Xu
,
X. Y.
Han
,
X.
Dai
,
W.
Liu
,
J.
Wu
,
J. T.
Zhu
,
D. Y.
Kim
,
G. F.
Zou
,
K. A.
Sablon
,
A.
Sergeev
,
Z. X.
Guo
, and
H. Y.
Liu
,
Adv. Mater.
30
(
13
),
1706561
(
2018
).
4.
H. S. S. R.
Matte
,
K. S.
Subrahmanyam
,
K. V.
Rao
,
S. J.
George
, and
C. N. R.
Rao
,
Chem. Phys. Lett.
506
(
4-6
),
260
264
(
2011
).
5.
D. L.
Dexter
,
J. Chem. Phys.
21
(
5
),
836
850
(
1953
).
6.
D.
Kozawa
,
A.
Carvalho
,
I.
Verzhbitskiy
,
F.
Giustiniano
,
Y.
Miyauchi
,
S.
Mouri
,
A. H. C.
Neto
,
K.
Matsuda
, and
G.
Eda
,
Nano Lett.
16
(
7
),
4087
4093
(
2016
).
7.
L.
Yuan
,
T. F.
Chung
,
A.
Kuc
,
Y.
Wan
,
Y.
Xu
,
Y. P.
Chen
,
T.
Heine
, and
L. B.
Huang
,
Sci. Adv.
4
(
2
),
e1700324
(
2018
).
8.
J. Q.
He
,
N.
Kumar
,
M. Z.
Bellus
,
H. Y.
Chiu
,
D. W.
He
,
Y. S.
Wang
, and
H.
Zhao
,
Nat. Commun.
5
,
5622
(
2014
).
9.
G.
Froehlicher
,
E.
Lorchat
, and
S.
Berciaud
,
Phys. Rev. X
8
,
011007
(
2018
).
10.
A.
Kormanyos
,
G.
Burkard
,
M.
Gmitra
,
J.
Fabian
,
V.
Zolyomi
,
N. D.
Drummond
, and
V.
Fal'ko
,
2D Mater.
2
,
022001
(
2015
).
11.
H.
Ago
,
H.
Endo
,
P.
Solis-Fernandez
,
R.
Takizawa
,
Y.
Ohta
,
Y.
Fujita
,
K.
Yamamoto
, and
M.
Tsuji
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
7
(
9
),
5265
5273
(
2015
).
12.
J.
Kang
,
S.
Tongay
,
J.
Zhou
,
J. B.
Li
, and
J. Q.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
012111
(
2013
).
13.
H.
Xu
,
J. X.
Wu
,
Q. L.
Feng
,
N. N.
Mao
,
C. M.
Wang
, and
J.
Zhang
,
Small
10
(
11
),
2300
2306
(
2014
).
14.
W. J.
Zhang
,
C. P.
Chuu
,
J. K.
Huang
,
C. H.
Chen
,
M. L.
Tsai
,
Y. H.
Chang
,
C. T.
Liang
,
Y. Z.
Chen
,
Y. L.
Chueh
,
J. H.
He
,
M. Y.
Chou
, and
L.
Li
,
J. Sci. Rep.-UK
4
,
3826
(
2014
).
15.
J. A.
Schuller
,
S.
Karaveli
,
T.
Schiros
,
K. L.
He
,
S. Y.
Yang
,
I.
Kymissis
,
J.
Shan
, and
R.
Zia
,
Nat. Nanotechnol.
8
(
4
),
271
276
(
2013
).
16.
F.
Bonaccorso
,
Z.
Sun
,
T.
Hasan
, and
A. C.
Ferrari
,
Nat. Photonics
4
(
9
),
611
622
(
2010
).
17.
X. S.
Li
,
W. W.
Cai
,
J. H.
An
,
S.
Kim
,
J.
Nah
,
D. X.
Yang
,
R.
Piner
,
A.
Velamakanni
,
I.
Jung
,
E.
Tutuc
,
S. K.
Banerjee
,
L.
Colombo
, and
R. S.
Ruoff
,
Science
324
(
5932
),
1312
1314
(
2009
).
18.
J.
Zhang
,
H.
Yu
,
W.
Chen
,
X. Z.
Tian
,
D. H.
Liu
,
M.
Cheng
,
G. B.
Xie
,
W.
Yang
,
R.
Yang
,
X. D.
Bai
,
D. X.
Shi
, and
G. Y.
Zhang
,
ACS Nano
8
(
6
),
6024
6030
(
2014
).
19.
P. P.
Zhuang
,
W. Y.
Lin
,
B. B.
Xu
, and
W. W.
Cai
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
203103
(
2017
).
20.
K. F.
Mak
,
K. L.
He
,
J.
Shan
, and
T. F.
Heinz
,
Nat. Nanotechnol.
7
(
8
),
494
498
(
2012
).
21.
K. F.
Mak
,
C.
Lee
,
J.
Hone
,
J.
Shan
, and
T. F.
Heinz
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
136805
(
2010
).
22.
N.
Scheuschner
,
O.
Ochedowski
,
A. M.
Kaulitz
,
R.
Gillen
,
M.
Schleberger
, and
J.
Maultzsch
,
Phys. Rev. B
89
,
125406
(
2014
).
23.
B.
Radisavljevic
,
A.
Radenovic
,
J.
Brivio
,
V.
Giacometti
, and
A.
Kis
,
Nat. Nanotechnol.
6
(
3
),
147
150
(
2011
).
24.
M.
Lazzeri
and
F.
Mauri
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
266407
(
2006
).
25.
S.
Pisana
,
M.
Lazzeri
,
C.
Casiraghi
,
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
,
A. C.
Ferrari
, and
F.
Mauri
,
Nat. Mater.
6
(
3
),
198
201
(
2007
).
26.
O.
Leenaerts
,
B.
Partoens
, and
F. M.
Peeters
,
Phys. Rev. B
77
,
125416
(
2008
).
27.
B.
Chakraborty
,
A.
Bera
,
D. V. S.
Muthu
,
S.
Bhowmick
,
U. V.
Waghmare
, and
A. K.
Sood
,
Phys. Rev. B
85
,
161403(R)
(
2012
).
28.
D. Z.
Sun
,
Y.
Rao
,
G. A.
Reider
,
G. G.
Chen
,
Y. M.
You
,
L.
Brezin
,
A. R.
Harutyunyan
, and
T. F.
Heinz
,
Nano Lett.
14
(
10
),
5625
5629
(
2014
).
29.
N.
Kumar
,
Q. N.
Cui
,
F.
Ceballos
,
D. W.
He
,
Y. S.
Wang
, and
H.
Zhao
,
Phys. Rev. B
89
(
12
),
125427
(
2014
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.