While 1T′ phase-pure MX2 (M = Mo, W; X = Se, Te) have recently been reported to be superconductors, Weyl semimetals, or quantum spin Hall insulators, the electronic properties of phase-pure 1T′-WS2 samples are still lacking thorough investigation. Here, we report the study of single-layer 1T′-WS2 nanosheets prepared from lithium exfoliation of WS2. We confirmed the composition and structure of single layer 1T′-WS2 flakes using X-ray photoelectron spectroscopy, Raman spectroscopy, and aberration corrected transmission electron microscopy (STEM). The distorted octahedral structure related to the 1T′ phase with a 2a × 2a superstructure is evidenced using STEM. Photoemission and electronic measurements uncover the presence of a narrow bandgap (>120 meV) in the 1T′-WS2 nanosheets, which is completely different from semiconducting bulk or single-layer 1H-WS2. The material is found to be ambipolar with a p-type nature. At low temperatures, a slow photoresponse is also observed.
References
1.
K. S.
Novoselov
, Z.
Jiang
, Y.
Zhang
, S. V.
Morozov
, H. L.
Stormer
, U.
Zeitler
, J. C.
Maan
, G. S.
Boebinger
, P.
Kim
, and A. K.
Geim
, Science
315
, 1379
(2007
).2.
C. L.
Kane
and E. J.
Mele
, Phys. Rev. Lett.
95
, 226801
(2005
).3.
Y.
Ma
, L.
Kou
, X.
Li
, Y.
Dai
, S. C.
Smith
, and T.
Heine
, Phys. Rev. B
92
, 085427
(2015
).4.
A.
Pulkin
and O. V.
Yazyev
, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
219
, 72
(2017
).5.
D.
Xiao
, G.
Bin Liu
, W.
Feng
, X.
Xu
, and W.
Yao
, Phys. Rev. Lett.
108
, 196802
(2012
).6.
N. F. Q.
Yuan
, K. F.
Mak
, and K. T.
Law
, Phys. Rev. Lett.
113
, 097001
(2014
).7.
Z. Y.
Zhu
, Y. C.
Cheng
, and U.
Schwingenschlögl
, Phys. Rev. B
84
, 153402
(2011
).8.
A.
Roth
, C.
Brüne
, H.
Buhmann
, L. W.
Molenkamp
, J.
Maciejko
, X.-L.
Qi
, and S.-C.
Zhang
, Science
325
, 294
(2009
).9.
D.
Voiry
, A.
Mohite
, and M.
Chhowalla
, Chem. Soc. Rev.
44
, 2702
(2015
).10.
C.
Guo
, J.
Pan
, H.
Li
, T.
Lin
, P.
Liu
, C.
Song
, D.
Wang
, G.
Mu
, X.
Lai
, H.
Zhang
, W.
Zhou
, M.
Chen
, and F.
Huang
, J. Mater. Chem. C
5
, 10855
(2017
).11.
B.
Ouyang
, G.
Lan
, Y.
Guo
, Z.
Mi
, and J.
Song
, Appl. Phys. Lett.
107
, 191903
(2015
).12.
H.
Yang
, S. W.
Kim
, M.
Chhowalla
, and Y. H.
Lee
, Nat. Phys.
13
, 931
(2017
).13.
W.
Zhao
, J.
Pan
, Y.
Fang
, X.
Che
, D.
Wang
, K.
Bu
, and F.
Huang
, Chemistry
24
, 15942
(2018
).14.
M.
Kan
, J. Y.
Wang
, X. W.
Li
, S. H.
Zhang
, Y. W.
Li
, Y.
Kawazoe
, Q.
Sun
, and P.
Jena
, J. Phys. Chem. C
118
, 1515
(2014
).15.
M.
Chhowalla
, H. S.
Shin
, G.
Eda
, L.-J.
Li
, K. P.
Loh
, and H.
Zhang
, Nat. Chem.
5
, 263
(2013
).16.
J. C.
Park
, S. J.
Yun
, H.
Kim
, J.-H.
Park
, S. H.
Chae
, S.-J.
An
, J.-G.
Kim
, S. M.
Kim
, K. K.
Kim
, and Y. H.
Lee
, ACS Nano
9
, 6548
(2015
).17.
J. S.
Kim
, J.
Kim
, J.
Zhao
, S.
Kim
, J. H.
Lee
, Y.
Jin
, H.
Choi
, B. H.
Moon
, J. J.
Bae
, Y. H.
Lee
, and S. C.
Lim
, ACS Nano
10
, 7500
(2016
).18.
Y.
Yu
, G.-H.
Nam
, Q.
He
, X.-J.
Wu
, K.
Zhang
, Z.
Yang
, J.
Chen
, Q.
Ma
, M.
Zhao
, Z.
Liu
, F.-R.
Ran
, X.
Wang
, H.
Li
, X.
Huang
, B.
Li
, Q.
Xiong
, Q.
Zhang
, Z.
Liu
, L.
Gu
, Y.
Du
, W.
Huang
, and H.
Zhang
, Nat. Chem.
10
, 638
(2018
).19.
S.
Tang
, C.
Zhang
, D.
Wong
, Z.
Pedramrazi
, H.-Z.
Tsai
, C.
Jia
, B.
Moritz
, M.
Claassen
, H.
Ryu
, S.
Kahn
, J.
Jiang
, H.
Yan
, M.
Hashimoto
, D.
Lu
, R. G.
Moore
, C.-C.
Hwang
, C.
Hwang
, Z.
Hussain
, Y.
Chen
, M. M.
Ugeda
, Z.
Liu
, X.
Xie
, T. P.
Devereaux
, M. F.
Crommie
, S.-K.
Mo
, and Z.-X.
Shen
, Nat. Phys.
13
, 683
(2017
).20.
L.
Liu
, J.
Wu
, L.
Wu
, M.
Ye
, X.
Liu
, Q.
Wang
, S.
Hou
, P.
Lu
, L.
Sun
, J.
Zheng
, L.
Xing
, L.
Gu
, X.
Jiang
, L.
Xie
, and L.
Jiao
, Nat. Mater.
17
, 1108
(2018
).21.
D.-H.
Choe
, H.-J.
Sung
, and K. J.
Chang
, Phys. Rev. B
93
, 125109
(2016
).22.
X.
Qian
, J.
Liu
, L.
Fu
, and J.
Li
, Science
346
, 1344
(2014
).23.
P.
Chen
, W. W.
Pai
, Y.-H.
Chan
, W.-L.
Sun
, C.-Z.
Xu
, D.-S.
Lin
, M. Y.
Chou
, A.-V.
Fedorov
, and T.-C.
Chiang
, Nat. Commun.
9
, 2003
(2018
).24.
M. M.
Ugeda
, A.
Pulkin
, S.
Tang
, H.
Ryu
, Q.
Wu
, Y.
Zhang
, D.
Wong
, Z.
Pedramrazi
, A.
Martín-Recio
, Y.
Chen
, F.
Wang
, Z.-X.
Shen
, S.-K.
Mo
, O. V.
Yazyev
, and M. F.
Crommie
, Nat. Commun.
9
, 3401
(2018
).25.
G.
Gao
, Y.
Jiao
, F.
Ma
, Y.
Jiao
, E.
Waclawik
, and A.
Du
, J. Phys. Chem. C
119
, 13124
(2015
).26.
A.
Ambrosi
, Z.
Sofer
, and M.
Pumera
, Chem. Commun.
51
, 8450
(2015
).27.
D.
Voiry
, H.
Yamaguchi
, J.
Li
, R.
Silva
, D. C. B.
Alves
, T.
Fujita
, M.
Chen
, T.
Asefa
, V. B.
Shenoy
, G.
Eda
, and M.
Chhowalla
, Nat. Mater.
12
, 850
(2013
).28.
D.
Voiry
, A.
Goswami
, R.
Kappera
, C. de C.
e Silva
, D.
Kaplan
, T.
Fujita
, M.
Chen
, T.
Asefa
, and M.
Chhowalla
, Nat. Chem.
7
, 45
(2015
).29.
D.
Pierucci
, H.
Henck
, J.
Avila
, A.
Balan
, C. H.
Naylor
, G.
Patriarche
, Y. J.
Dappe
, M. G.
Silly
, F.
Sirotti
, A. T. C.
Johnson
, M. C.
Asensio
, and A.
Ouerghi
, Nano Lett.
16
, 4054
(2016
).30.
N.
Bergeard
, M. G.
Silly
, D.
Krizmancic
, C.
Chauvet
, M.
Guzzo
, J. P.
Ricaud
, M.
Izquierdo
, L.
Stebel
, P.
Pittana
, R.
Sergo
, G.
Cautero
, G.
Dufour
, F.
Rochet
, and F.
Sirotti
, J. Synchrotron Radiat.
18
, 245
(2011
).31.
B.
Mahler
, V.
Hoepfner
, K.
Liao
, and G. A.
Ozin
, J. Am. Chem. Soc.
136
, 14121
(2014
).32.
Z.
Ben Aziza
, D.
Pierucci
, H.
Henck
, M. G.
Silly
, C.
David
, M.
Yoon
, F.
Sirotti
, K.
Xiao
, M.
Eddrief
, J.-C.
Girard
, and A.
Ouerghi
, Phys. Rev. B
96
, 035407
(2017
).33.
H.
Sediri
, D.
Pierucci
, M.
Hajlaoui
, H.
Henck
, G.
Patriarche
, Y. J.
Dappe
, S.
Yuan
, B.
Toury
, R.
Belkhou
, M. G.
Silly
, F.
Sirotti
, M.
Boutchich
, and A.
Ouerghi
, Sci. Rep.
5
, 16465
(2015
).34.
E.
Pallecchi
, F.
Lafont
, V.
Cavaliere
, F.
Schopfer
, D.
Mailly
, W.
Poirier
, and A.
Ouerghi
, Sci. Rep.
4
, 4558
(2014
).35.
Y.
Sun
, R.
Wang
, and K.
Liu
, Appl. Phys. Rev.
4
, 011301
(2017
).36.
M. S.
Sokolikova
, P. C.
Sherrell
, P.
Palczynski
, V. L.
Bemmer
, and C.
Mattevi
, Nat. Commun.
10
, 712
(2019
).37.
Q.
Liu
, X.
Li
, Z.
Xiao
, Y.
Zhou
, H.
Chen
, A.
Khalil
, T.
Xiang
, J.
Xu
, W.
Chu
, X.
Wu
, J.
Yang
, C.
Wang
, Y.
Xiong
, C.
Jin
, P. M.
Ajayan
, and L.
Song
, Adv. Mater.
27
, 4837
(2015
).38.
A.
Berkdemir
, H. R.
Gutiérrez
, A. R.
Botello-Méndez
, N.
Perea-López
, A. L.
Elías
, C.-I.
Chia
, B.
Wang
, V. H.
Crespi
, F.
López-Urías
, J.-C.
Charlier
, H.
Terrones
, and M.
Terrones
, Sci. Rep.
3
, 1755
(2013
).39.
H.
Henck
, Z.
Ben Aziza
, D.
Pierucci
, F.
Laourine
, F.
Reale
, P.
Palczynski
, J.
Chaste
, M. G.
Silly
, F.
Bertran
, P.
Le Fèvre
, E.
Lhuillier
, T.
Wakamura
, C.
Mattevi
, J. E.
Rault
, M.
Calandra
, and A.
Ouerghi
, Phys. Rev. B
97
, 155421
(2018
).40.
T. A. J.
Loh
and D. H. C.
Chua
, J. Phys. Chem. C
119
, 27496
(2015
).41.
S. X.
Leong
, C. C.
Mayorga-Martinez
, X.
Chia
, J.
Luxa
, Z.
Sofer
, and M.
Pumera
, ACS Appl. Mater. Interfaces
9
, 26350
(2017
).42.
T. A. J.
Loh
, D. H. C.
Chua
, and A. T. S.
Wee
, Sci. Rep.
5
, 18116
(2016
).43.
S. K.
Kim
, W.
Song
, S.
Ji
, Y. R.
Lim
, Y. B.
Lee
, S.
Myung
, J.
Lim
, K.-S.
An
, and S. S.
Lee
, Appl. Surf. Sci.
425
, 241
(2017
).44.
F.
Perrozzi
, S. M.
Emamjomeh
, V.
Paolucci
, G.
Taglieri
, L.
Ottaviano
, and C.
Cantalini
, Sens. Actuators, B
243
, 812
(2017
).45.
S. A.
Chambers
, T.
Droubay
, T. C.
Kaspar
, and M.
Gutowski
, J. Vac. Sci. Technol., B
22
, 2205
(2004
).46.
A. L.
Efros
, N.
Van Lien
, and B. I.
Shklovskii
, Solid State Commun.
32
, 851
(1979
).47.
H.
Moreira
, Q.
Yu
, B.
Nadal
, B.
Bresson
, M.
Rosticher
, N.
Lequeux
, A.
Zimmers
, and H.
Aubin
, Phys. Rev. Lett.
107
, 176803
(2011
).48.
N.
Papadopoulos
, G. A.
Steele
, and H. S. J.
van der Zant
, Phys. Rev. B
96
, 235436
(2017
).49.
E.
Lhuillier
, A.
Robin
, S.
Ithurria
, H.
Aubin
, and B.
Dubertret
, Nano Lett.
14
, 2715
(2014
).50.
H.
Henck
, D.
Pierucci
, J.
Chaste
, C. H.
Naylor
, J.
Avila
, A.
Balan
, M. G.
Silly
, M. C.
Asensio
, F.
Sirotti
, A. T. C.
Johnson
, E.
Lhuillier
, and A.
Ouerghi
, Appl. Phys. Lett.
109
, 113103
(2016
).51.
D.
Braga
, I.
Gutiérrez Lezama
, H.
Berger
, and A. F.
Morpurgo
, Nano Lett.
12
, 5218
(2012
).52.
S.
Keuleyan
, E.
Lhuillier
, V.
Brajuskovic
, and P.
Guyot-Sionnest
, Nat. Photonics
5
, 489
(2011
).© 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.
