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.

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
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.