Confocal optical microscopy and tip-enhanced optical microscopy are applied to characterize the defect distributions in chemical vapor deposition-grown WS2 monolayer triangles qualitatively and quantitatively. The presence of defects in individual monolayer WS2 triangles is revealed with diffraction-limited spatial resolution in their photoluminescence (PL) images, from which the inhomogeneous defect density distribution is calculated, showing an inverse relationship to the PL intensity. The defect-related surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) effect is investigated by depositing a thin copper phthalocyanine layer (5 nm) as the probe molecule on the monolayer WS2 triangles surface. Higher SERS enhancement effects are observed at the defect-rich areas. Furthermore, tip-enhanced optical measurements are performed, which can reveal morphologically defected areas invisible in the confocal optical measurements. Furthermore, the area with high defect density appears brighter than the low-defected area in the tip-enhanced optical measurements, which are different from the observation in the confocal optical measurements. The underlying reasons are attributed to the near-field enhancement of the defect exciton emission induced by the optically excited tip and to an improved coupling efficiency between the tip-generated near-field with the altered dipole moment orientation at the local defect.

1.
G. R.
Bhimanapati
,
Z.
Lin
,
V.
Meunier
,
Y.
Jung
,
J.
Cha
,
S.
Das
,
D.
Xiao
,
Y.
Son
,
M. S.
Strano
,
V. R.
Cooper
,
L.
Liang
,
S. G.
Louie
,
E.
Ringe
,
W.
Zhou
,
S. S.
Kim
,
R. R.
Naik
,
B. G.
Sumpter
,
H.
Terrones
,
F.
Xia
,
Y.
Wang
,
J.
Zhu
,
D.
Akinwande
,
N.
Alem
,
J. A.
Schuller
,
R. E.
Schaak
,
M.
Terrones
, and
J. A.
Robinson
,
ACS Nano
9
,
11509
(
2015
).
2.
X.
Duan
,
C.
Wang
,
A.
Pan
,
R.
Yu
, and
X.
Duan
,
Chem. Soc. Rev.
44
,
8859
(
2015
).
3.
H. R.
Gutiérrez
,
N.
Perea-López
,
A. L.
Elías
,
A.
Berkdemir
,
B.
Wang
,
R.
Lv
,
F.
López-Urías
,
V. H.
Crespi
,
H.
Terrones
, and
M.
Terrones
,
Nano Lett.
13
,
3447
(
2013
).
4.
D.
Lembke
,
S.
Bertolazzi
, and
A.
Kis
,
Acc. Chem. Res.
48
,
100
(
2015
).
5.
T. Y.
Jeong
,
H.
Kim
,
S.-J.
Choi
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
K. J.
Yee
,
Y.-S.
Kim
, and
S.
Jung
,
Nat. Commun.
10
,
3825
(
2019
).
6.
M. S.
Kim
,
S. J.
Yun
,
Y.
Lee
,
C.
Seo
,
G. H.
Han
,
K. K.
Kim
,
Y. H.
Lee
, and
J.
Kim
,
ACS Nano
10
,
2399
(
2016
).
7.
H.
Liu
,
J.
Lu
,
K.
Ho
,
Z.
Hu
,
Z.
Dang
,
A.
Carvalho
,
H. R.
Tan
,
E. S.
Tok
, and
C. H.
Sow
,
Nano Lett.
16
,
5559
(
2016
).
8.
K. M.
McCreary
,
M.
Currie
,
A. T.
Hanbicki
,
H.-J.
Chuang
, and
B. T.
Jonker
,
ACS Nano
11
,
7988
(
2017
).
9.
Z.
Lin
,
B. R.
Carvalho
,
E.
Kahn
,
R.
Lv
,
R.
Rao
,
H.
Terrones
,
M. A.
Pimenta
, and
M.
Terrones
,
2D Mater.
3
,
022002
(
2016
).
10.
H. Y.
Jeong
,
Y.
Jin
,
S. J.
Yun
,
J.
Zhao
,
J.
Baik
,
D. H.
Keum
,
H. S.
Lee
, and
Y. H.
Lee
,
Adv. Mater.
29
,
1605043
(
2017
).
11.
V.
Carozo
,
Y.
Wang
,
K.
Fujisawa
,
B. R.
Carvalho
,
A.
McCreary
,
S.
Feng
,
Z.
Lin
,
C.
Zhou
,
N.
Perea-López
,
A. L.
Elías
,
B.
Kabius
,
V. H.
Crespi
, and
M.
Terrones
,
Sci. Adv.
3
,
e1602813
(
2017
).
12.
M. R.
Rosenberger
,
H.-J.
Chuang
,
K. M.
McCreary
,
C. H.
Li
, and
B. T.
Jonker
,
ACS Nano
12
,
1793
(
2018
).
13.
W.-H.
Lin
,
W.-S.
Tseng
,
C. M.
Went
,
M. L.
Teague
,
G. R.
Rossman
,
H. A.
Atwater
, and
N.-C.
Yeh
,
ACS Nano
14
,
1350
(
2019
).
14.
X.
Ling
,
W.
Fang
,
Y.-H.
Lee
,
P. T.
Araujo
,
X.
Zhang
,
J. F.
Rodriguez-Nieva
,
Y.
Lin
,
J.
Zhang
,
J.
Kong
, and
M. S.
Dresselhaus
,
Nano Lett.
14
,
3033
(
2014
).
15.
P.
Miao
,
J. K.
Qin
,
Y.
Shen
,
H.
Su
,
J.
Dai
,
B.
Song
,
Y.
Du
,
M.
Sun
,
W.
Zhang
,
H. L.
Wang
,
C. Y.
Xu
, and
P.
Xu
,
Small
14
,
e1704079
(
2018
).
16.
Y.
Yin
,
P.
Miao
,
Y.
Zhang
,
J.
Han
,
X.
Zhang
,
Y.
Gong
,
L.
Gu
,
C.
Xu
,
T.
Yao
,
P.
Xu
,
Y.
Wang
,
B.
Song
, and
S.
Jin
,
Adv. Funct. Mater.
27
,
1606694
(
2017
).
17.
L.
Sun
,
H.
Hu
,
D.
Zhan
,
J.
Yan
,
L.
Liu
,
J. S.
Teguh
,
E. K. L.
Yeow
,
P. S.
Lee
, and
Z.
Shen
,
Small
10
,
1090
(
2014
).
18.
Z.
Zheng
,
S.
Cong
,
W.
Gong
,
J.
Xuan
,
G.
Li
,
W.
Lu
,
F.
Geng
, and
Z.
Zhao
,
Nat. Commun.
8
,
1993
(
2017
).
19.
L.
Tao
,
S.
Zhao
,
P.
Miao
,
J.
Yu
,
X.
Wang
,
Y.
Wang
,
Z.
Liu
,
B.
Li
,
Y.
Wang
, and
Y.
Sui
,
Phys. Status Solidi RRL
12
,
1700371
(
2018
).
20.
M. A.
Lieb
and
A. J.
Meixner
,
Opt. Express
8
,
458
(
2001
).
21.
J.
Stadler
,
C.
Stanciu
,
C.
Stupperich
, and
A. J.
Meixner
,
Opt. Lett.
33
,
681
(
2008
).
22.
Y.
Zhao
,
P.
Miao
,
J.
Elia
,
H.
Hu
,
X.
Wang
,
T.
Heumueller
,
Y.
Hou
,
G. J.
Matt
,
A.
Osvet
,
Y.-T.
Chen
,
M.
Tarragó
,
D.
de Ligny
,
T.
Przybilla
,
P.
Denninger
,
J.
Will
,
J.
Zhang
,
X.
Tang
,
N.
Li
,
C.
He
,
A.
Pan
,
A. J.
Meixner
,
E.
Spiecker
,
D.
Zhang
, and
C. J.
Brabec
,
Nat. Commun.
11
,
6328
(
2020
).
23.
Y.-T.
Chen
,
L.
Pan
,
A.
Horneber
,
M.
van den Berg
,
P.
Miao
,
P.
Xu
,
P.-M.
Adam
,
A. J.
Meixner
, and
D.
Zhang
,
Nanophotonics
8
,
1533
(
2019
).
24.
D.
Zhang
,
X.
Wang
,
K.
Braun
,
H.-J.
Egelhaaf
,
M.
Fleischer
,
L.
Hennemann
,
H.
Hintz
,
C.
Stanciu
,
C. J.
Brabec
,
D. P.
Kern
, and
A. J.
Meixner
,
J. Raman Spectrosc.
40
,
1371
(
2009
).
25.
X.
Wang
,
D.
Zhang
,
K.
Braun
,
H.-J.
Egelhaaf
,
C. J.
Brabec
, and
A. J.
Meixner
,
Adv. Funct. Mater.
20
,
492
(
2010
).
26.
I.
Paradisanos
,
S.
Germanis
,
N. T.
Pelekanos
,
C.
Fotakis
,
E.
Kymakis
,
G.
Kioseoglou
, and
E.
Stratakis
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
193102
(
2017
).
27.
J. A.
Schuller
,
S.
Karaveli
,
T.
Schiros
,
K.
He
,
S.
Yang
,
I.
Kymissis
,
J.
Shan
, and
R.
Zia
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
271
(
2013
).
28.
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
,
076802
(
2014
).
29.
Y.
Sheng
,
X.
Wang
,
K.
Fujisawa
,
S.
Ying
,
A. L.
Elias
,
Z.
Lin
,
W.
Xu
,
Y.
Zhou
,
A. M.
Korsunsky
,
H.
Bhaskaran
,
M.
Terrones
, and
J. H.
Warner
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
9
,
15005
(
2017
).
30.
N.
Peimyoo
,
J.
Shang
,
C.
Cong
,
X.
Shen
,
X.
Wu
,
E. K. L.
Yeow
, and
T.
Yu
,
ACS Nano
7
,
10985
(
2013
).
31.
T.
Züchner
,
A. V.
Failla
, and
A. J.
Meixner
,
Angew. Chem., Int. Ed.
50
,
5274
(
2011
).
32.
P. K.
Chow
,
R. B.
Jacobs-Gedrim
,
J.
Gao
,
T.-M.
Lu
,
B.
Yu
,
H.
Terrones
, and
N.
Koratkar
,
ACS Nano
9
,
1520
(
2015
).
33.
J.
Shang
,
X.
Shen
,
C.
Cong
,
N.
Peimyoo
,
B.
Cao
,
M.
Eginligil
, and
T.
Yu
,
ACS Nano
9
,
647
(
2015
).
34.
M.
Brotons-Gisbert
,
R.
Proux
,
R.
Picard
,
D.
Andres-Penares
,
A.
Branny
,
A.
Molina-Sánchez
,
J. F.
Sánchez-Royo
, and
B. D.
Gerardot
,
Nat. Commun.
10
,
3913
(
2019
).
35.
D.
Andres-Penares
,
M. K.
Habil
,
A.
Molina-Sánchez
,
C. J.
Zapata-Rodríguez
,
J. P.
Martínez-Pastor
, and
J. F.
Sánchez-Royo
,
Commun. Mater.
2
,
52
(
2021
).
36.
L.
Quan
,
Y.
Song
,
Y.
Lin
,
G.
Zhang
,
Y.
Dai
,
Y.
Wu
,
K.
Jin
,
H.
Ding
,
N.
Pan
,
Y.
Luo
, and
X.
Wang
,
J. Mater. Chem. C
3
,
11129
(
2015
).
37.
J.
Lin
,
L.
Liang
,
X.
Ling
,
S.
Zhang
,
N.
Mao
,
N.
Zhang
,
B. G.
Sumpter
,
V.
Meunier
,
L.
Tong
, and
J.
Zhang
,
J. Am. Chem. Soc.
137
,
15511
(
2015
).
38.
M.
Sackrow
,
C.
Stanciu
,
M. A.
Lieb
, and
A. J.
Meixner
,
ChemPhysChem
9
,
316
(
2008
).
39.
D.
Zhang
,
U.
Heinemeyer
,
C.
Stanciu
,
M.
Sackrow
,
K.
Braun
,
L. E.
Hennemann
,
X.
Wang
,
R.
Scholz
,
F.
Schreiber
, and
A. J.
Meixner
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
056601
(
2010
).
40.
J.
Wang
,
E.
Gürdal
,
A.
Horneber
,
S.
Dickreuter
,
S.
Kostcheev
,
A. J.
Meixner
,
M.
Fleischer
,
P.-M.
Adam
, and
D.
Zhang
,
Nanoscale
10
,
8240
(
2018
).
41.
F.
Wackenhut
,
A. V.
Failla
, and
A. J.
Meixner
,
J. Phys. Chem. C
117
,
17870
(
2013
).
42.
X.
Wang
,
K.
Braun
,
D.
Zhang
,
H.
Peisert
,
H.
Adler
,
T.
Chassé
, and
A. J.
Meixner
,
ACS Nano
9
,
8176
(
2015
).
43.
B.
Pettinger
,
K. F.
Domke
,
D.
Zhang
,
R.
Schuster
, and
G.
Ertl
,
Phys. Rev. B
76
,
113409
(
2007
).
44.
B.
Pettinger
,
K. F.
Domke
,
D.
Zhang
,
G.
Picardi
, and
R.
Schuster
,
Surf. Sci.
603
,
1335
(
2009
).
45.
S.
Jäger
,
A. M.
Kern
,
M.
Hentschel
,
R.
Jäger
,
K.
Braun
,
D.
Zhang
,
H.
Giessen
, and
A. J.
Meixner
,
Nano Lett.
13
,
3566
(
2013
).
46.
M.
Urbieta
,
M.
Barbry
,
Y.
Zhang
,
P.
Koval
,
D.
Sánchez-Portal
,
N.
Zabala
, and
J.
Aizpurua
,
ACS Nano
12
,
585
(
2018
).
47.
A.
Bouhelier
,
R.
Bachelot
,
G.
Lerondel
,
S.
Kostcheev
,
P.
Royer
, and
G. P.
Wiederrecht
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
267405
(
2005
).
48.
A.
Taguchi
,
J.
Yu
,
P.
Verma
, and
S.
Kawata
,
Nanoscale
7
,
17424
(
2015
).
49.
J.
Lee
,
N.
Tallarida
,
L.
Rios
, and
V.
Ara Apkarian
,
Appl. Spectrosc.
74
,
1414
(
2020
).
50.
N.
Mauser
and
A.
Hartschuh
,
Chem. Soc. Rev.
43
,
1248
(
2014
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.