We demonstrate that the exciton energy of a monolayer of tungsten diselenide on an SiO2/Si substrate can be tuned by an applied in-plane electric field for two samples with different dielectric capping materials. The exciton energy can be either red- or blue-shifted by up to 20 meV based on the polarity of the applied electric field. We argue that a piezoelectric effect creates a large internal electric field, which is either partially aligned or partially antialigned with the external electric field. Additionally, optical hysteresis is observed on cycling of the external electric field due to trapped charges.
References
1.
O.
Lopez-Sanchez
, D.
Lembke
, M.
Kayci
, A.
Radenovic
, and A.
Kis
, Nat. Nanotechnol.
8
(7
), 497
–501
(2013
).2.
J. S.
Ross
, P.
Klement
, A. M.
Jones
, N. J.
Ghimire
, J.
Yan
, D. G.
Mandrus
, T.
Taniguchi
, K.
Watanabe
, K.
Kitamura
, W.
Yao
, D. H.
Cobden
, and X.
Xu
, Nat. Nanotechnol.
9
(4
), 268
–272
(2014
).3.
F.
Withers
, O.
Del Pozo-Zamudio
, A.
Mishchenko
, A. P.
Rooney
, A.
Gholinia
, K.
Watanabe
, T.
Taniguchi
, S. J.
Haigh
, A. K.
Geim
, A. I.
Tartakovskii
, and K. S.
Novoselov
, Nat. Mater.
14
(3
), 301
–306
(2015
).4.
T.
Georgiou
, R.
Jalil
, B. D.
Belle
, L.
Britnell
, R. V.
Gorbachev
, S. V.
Morozov
, Y. J.
Kim
, A.
Gholinia
, S. J.
Haigh
, O.
Makarovsky
, L.
Eaves
, L. A.
Ponomarenko
, A. K.
Geim
, K. S.
Novoselov
, and A.
Mishchenko
, Nat. Nanotechnol.
8
(2
), 100
–103
(2013
).5.
A.
Splendiani
, L.
Sun
, Y.
Zhang
, T.
Li
, J.
Kim
, C. Y.
Chim
, G.
Galli
, and F.
Wang
, Nano Lett.
10
(4
), 1271
–1275
(2010
).6.
K. F.
Mak
, C.
Lee
, J.
Hone
, J.
Shan
, and T. F.
Heinz
, “Atomically thin MoS2: A new direct-gap semiconductor
,” Phys. Rev. Lett.
105
(13
), 2
–5
(2010
).7.
D. Y.
Qiu
, F. H.
Da Jornada
, and S. G.
Louie
, Phys. Rev. Lett.
111
(21
), 1
–5
(2013
).8.
A.
Chernikov
, T. C.
Berkelbach
, H. M.
Hill
, A.
Rigosi
, Y.
Li
, O. B.
Aslan
, D. R.
Reichman
, M. S.
Hybertsen
, and T. F.
Heinz
, Phys. Rev. Lett.
113
(7
), 1
–5
(2014
).9.
X.
Liu
, T.
Galfsky
, Z.
Sun
, F.
Xia
, E. C.
Lin
, Y. H.
Lee
, S.
Kéna-Cohen
, and V. M.
Menon
, Nat. Photonics
9
(1
), 30
–34
(2014
).10.
Z.
Sun
, J.
Gu
, A.
Ghazaryan
, Z.
Shotan
, C. R.
Considine
, M.
Dollar
, B.
Chakraborty
, X.
Liu
, P.
Ghaemi
, S.
Kéna-Cohen
, and V. M.
Menon
, Nat. Photonics
11
(8
), 491
–496
(2017
).11.
S.
Dufferwiel
, S.
Schwarz
, F.
Withers
, A. A. P.
Trichet
, F.
Li
, M.
Sich
, O.
Del Pozo-Zamudio
, C.
Clark
, A.
Nalitov
, D. D.
Solnyshkov
, G.
Malpuech
, K. S.
Novoselov
, J. M.
Smith
, M. S.
Skolnick
, D. N.
Krizhanovskii
, and A. I.
Tartakovskii
, Nat. Commun.
6
, 1
–7
(2015
).12.
M. E.
Kleemann
, R.
Chikkaraddy
, E. M.
Alexeev
, D.
Kos
, C.
Carnegie
, W.
Deacon
, A. C.
De Pury
, C.
Große
, B.
De Nijs
, J.
Mertens
, A. I.
Tartakovskii
, and J. J.
Baumberg
, Nat. Commun.
8
(1
), 1
–7
(2017
).13.
S.
Dufferwiel
, T. P.
Lyons
, D. D.
Solnyshkov
, A. A. P.
Trichet
, A.
Catanzaro
, F.
Withers
, G.
Malpuech
, J. M.
Smith
, K. S.
Novoselov
, M. S.
Skolnick
, D. N.
Krizhanovskii
, and A. I.
Tartakovskii
, Nat. Commun.
9
(1
), 4797
(2018
).14.
D. M.
Myers
, S.
Mukherjee
, J.
Beaumariage
, D. W.
Snoke
, M.
Steger
, L. N.
Pfeiffer
, and K.
West
, Phys. Rev. B
98
, 235302
(2018
).15.
H. J.
Conley
, B.
Wang
, J. I.
Ziegler
, R. F.
Haglund
, S. T.
Pantelides
, and K. I.
Bolotin
, Nano Lett.
13
(8
), 3626
–3630
(2013
).16.
K.
He
, C.
Poole
, K. F.
Mak
, and J.
Shan
, Nano Lett.
13
(6
), 2931
–2936
(2013
).17.
C. R.
Zhu
, G.
Wang
, B. L.
Liu
, X.
Marie
, X. F.
Qiao
, X.
Zhang
, X. X.
Wu
, H.
Fan
, P. H.
Tan
, T.
Amand
, and B.
Urbaszek
, Phys. Rev. B
88
(12
), 1
–5
(2013
).18.
Z.
Sun
, J.
Beaumariage
, H. C. P.
Movva
, S.
Chowdhury
, A.
Roy
, S. K.
Banerjee
, and D. W.
Snoke
, Solid State Commun.
288
, 18
–21
(2019
).19.
W.
Zefang
, C.
Yi-Hsin
, H.
Kevin
, M. K.
Fai
, and S.
Jie
, Nano Lett.
1
(18
), 137
–143
(2018
).20.
C.
Alberto
, U.
Dmitrii
, A.
Ahmet
, W.
Kenji
, T.
Takashi
, and K.
Andras
, Nat. Photonics
13
, 131
–136
(2019
).21.
L. S. R.
Cavalcante
, D. R.
da Costa
, G. A.
Farias
, D. R.
Reichman
, and A.
Chaves
, Phys. Rev. B
98
, 245309
(2018
).22.
B.
Chakraborty
, J.
Gu
, Z.
Sun
, M.
Khatoniar
, R.
Bushati
, A. L.
Boehmke
, R.
Koots
, and V. M.
Menon
, Nano Lett.
18
(10
), 6455
–6460
(2018
).23.
W. H.
Chae
, J. D.
Cain
, E. D.
Hanson
, A. A.
Murthy
, and V. P.
Dravid
, Appl. Phys. Lett.
111
(14
), 143106
(2017
).24.
E.
Del Corro
, H.
Terrones
, A.
Elias
, C.
Fantini
, S.
Feng
, M. A.
Nguyen
, T. E.
Mallouk
, M.
Terrones
, and M. A.
Pimenta
, ACS Nano
8
(9
), 9629
–9635
(2014
).25.
A.
Raja
, A.
Chaves
, J.
Yu
, G.
Arefe
, H. M.
Hill
, A. F.
Rigosi
, T. C.
Berkelbach
, P.
Nagler
, C.
Schüller
, T.
Korn
, C.
Nuckolls
, J.
Hone
, L. E.
Brus
, T. F.
Heinz
, D. R.
Reichman
, and A.
Chernikov
, Nat. Commun.
8
, 1
–7
(2017
).26.
D. J.
Late
, B.
Liu
, H. S. S.
Ramakrishna Matte
, V. P.
Dravid
, and C. N. R.
Rao
, ACS Nano
6
(6
), 5635
–5641
(2012
).27.
E. N.
Esfahani
, T.
Li
, B.
Huang
, X.
Xu
, and J.
Li
, Nano Energy
52
, 117
–122
(2013
).28.
M. M.
Alyörük
, Y.
Aierken
, D.
Çakır
, F. M.
Peeters
, and C.
Sevik
, J. Phys. Chem. C
119
, 23231
–23237
(2018
).29.
A.
Islam
and P. X.-L.
Feng
, J. Appl. Phys.
122
(8
), 085704
(2017
).30.
S.
Das
and J.
Appenzeller
, Appl. Phys. Lett.
103
(10
), 103501
(2013
).31.
J.
Liang
, K.
Xu
, B.
Toncini
, B.
Bersch
, B.
Jariwala
, Y.-C.
Lin
, J.
Robinson
, and S. K.
Fullerton-Shirey
, Adv. Mater. Interfaces
6
(3
), 1801321
(2019
).© 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.