PtS2, a member of the group 10 transition metal dichalcogenides (TMDs), has received extensive attention because of its excellent electrical properties and air stability. However, there are few reports on the preparation of single-crystal PtS2 in the literature, and the growth mechanism of single crystal PtS2 is not well elucidated. In this work, we proposed a method of preparation that combines magnetron sputtering and chemical vapor transport to obtain monocrystalline PtS2 on a SiO2/Si substrate. By controlling the growth temperature and time, we have synthesized a single crystalline PtS2 of hexagonal shape and size of 1–2 μm on a silicon substrate. Combining the molecular dynamics simulation, the growth mechanism of single crystal PtS2 was investigated both experimentally and theoretically. The synthesis method has a short production cycle and low cost, which opens the door for the fabrication of other TMDs single crystals.

1.
M.
Lundstrom
,
Science
299
(
5604
),
210
211
(
2003
).
2.
M. S.
Lundstrom
and
M. A.
Alam
,
Science
378
(
6621
),
722
723
(
2022
).
3.
C.
Tan
,
M.
Yu
,
J.
Tang
,
X.
Gao
,
Y.
Yin
,
Y.
Zhang
,
J.
Wang
,
X.
Gao
,
C.
Zhang
,
X.
Zhou
,
L.
Zheng
,
H.
Liu
,
K.
Jiang
,
F.
Ding
, and
H.
Peng
,
Nature
616
(
7955
),
66
72
(
2023
).
4.
M. M.
Waldrop
,
Nature
530
(
7589
),
144
(
2016
).
5.
Y.
Cao
,
V.
Fatemi
,
S.
Fang
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
E.
Kaxiras
, and
P.
Jarillo-Herrero
,
Nature
556
(
7699
),
43
50
(
2018
).
6.
G.
Fiori
,
F.
Bonaccorso
,
G.
Iannaccone
,
T.
Palacios
,
D.
Neumaier
,
A.
Seabaugh
,
S. K.
Banerjee
, and
L.
Colombo
,
Nat. Nanotechnol.
9
(
10
),
768
779
(
2014
).
7.
J. M.
Park
,
Y.
Cao
,
L.-Q.
Xia
,
S.
Sun
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
P.
Jarillo-Herrero
,
Nat. Mater.
21
(
8
),
877
883
(
2022
).
8.
Q. H.
Wang
,
K.
Kalantar-Zadeh
,
A.
Kis
,
J. N.
Coleman
, and
M. S.
Strano
,
Nat. Nanotechnol.
7
(
11
),
699
712
(
2012
).
9.
Q.
Bao
and
K. P.
Loh
,
ACS Nano
6
(
5
),
3677
3694
(
2012
).
10.
J. L.
Doherty
,
S. G.
Noyce
,
Z.
Cheng
,
H.
Abuzaid
, and
A. D.
Franklin
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
12
(
31
),
35698
35706
(
2020
).
11.
A. L.
Elías
,
N.
Perea-López
,
A.
Castro-Beltrán
,
A.
Berkdemir
,
R.
Lv
,
S.
Feng
,
A. D.
Long
,
T.
Hayashi
,
Y. A.
Kim
,
M.
Endo
et al,
ACS Nano
7
(
6
),
5235
5242
(
2013
).
12.
K.
Hayashi
,
M.
Kataoka
,
H.
Jippo
,
M.
Ohfuchi
, and
S.
Sato
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
12
(
10
),
12207
12214
(
2020
).
13.
L.
Kong
,
X.
Zhang
,
Q.
Tao
,
M.
Zhang
,
W.
Dang
,
Z.
Li
,
L.
Feng
,
L.
Liao
,
X.
Duan
, and
Y.
Liu
,
Nat. Commun.
11
(
1
),
1866
(
2020
).
14.
O.
Lopez-Sanchez
,
D.
Lembke
,
M.
Kayci
,
A.
Radenovic
, and
A.
Kis
,
Nat. Nanotechnol.
8
(
7
),
497
501
(
2013
).
15.
W.
Choi
,
N.
Choudhary
,
G. H.
Han
,
J.
Park
,
D.
Akinwande
, and
Y. H.
Lee
,
Mater. Today
20
(
3
),
116
130
(
2017
).
16.
G.
Migliato Marega
,
Y.
Zhao
,
A.
Avsar
,
Z.
Wang
,
M.
Tripathi
,
A.
Radenovic
, and
A.
Kis
,
Nature
587
(
7832
),
72
77
(
2020
).
17.
X.
Wang
,
Y.
Gong
,
G.
Shi
,
W. L.
Chow
,
K.
Keyshar
,
G.
Ye
,
R.
Vajtai
,
J.
Lou
,
Z.
Liu
,
E.
Ringe
et al,
ACS Nano
8
(
5
),
5125
5131
(
2014
).
18.
E.
Wu
,
Y.
Xie
,
J.
Zhang
,
H.
Zhang
,
X.
Hu
,
J.
Liu
,
C.
Zhou
, and
D.
Zhang
,
Sci. Adv.
5
(
5
),
eaav3430
(
2019
).
19.
G.
Ye
,
Y.
Gong
,
S.
Lei
,
Y.
He
,
B.
Li
,
X.
Zhang
,
Z.
Jin
,
L.
Dong
,
J.
Lou
,
R.
Vajtai
,
W.
Zhou
, and
P. M.
Ajayan
,
Nano Res.
10
(
7
),
2386
2394
(
2017
).
20.
Y.
Zhao
,
J.
Qiao
,
P.
Yu
,
Z.
Hu
,
Z.
Lin
,
S. P.
Lau
,
Z.
Liu
,
W.
Ji
, and
Y.
Chai
,
Adv. Mater.
28
(
12
),
2399
2407
(
2016
).
21.
P.
Miró
,
M.
Ghorbani-Asl
, and
T.
Heine
,
Angew. Chem., Int. Ed.
53
(
11
),
3015
3018
(
2014
).
22.
Y.
Wang
,
L.
Li
,
W.
Yao
,
S.
Song
,
J. T.
Sun
,
J.
Pan
,
X.
Ren
,
C.
Li
,
E.
Okunishi
,
Y.-Q.
Wang
,
E.
Wang
,
Y.
Shao
,
Y. Y.
Zhang
,
H.-t.
Yang
,
E. F.
Schwier
,
H.
Iwasawa
,
K.
Shimada
,
M.
Taniguchi
,
Z.
Cheng
,
S.
Zhou
,
S.
Du
,
S. J.
Pennycook
,
S. T.
Pantelides
, and
H.-J.
Gao
,
Nano Lett.
15
(
6
),
4013
4018
(
2015
).
23.
F.
Xiao
,
W.
Lei
,
W.
Wang
,
Y.
Ma
,
X.
Gong
, and
X.
Ming
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
25
(
16
),
11827
11838
(
2023
).
24.
K.
He
,
W.
Xu
,
J.
Tang
,
Y.
Lu
,
C.
Yi
,
B.
Li
,
H.
Zhu
,
H.
Zhang
,
X.
Lin
,
Y.
Feng
et al,
Small
19
(
17
),
2206915
(
2023
).
25.
J.
Zhou
,
J.
Lin
,
X.
Huang
,
Y.
Zhou
,
Y.
Chen
,
J.
Xia
,
H.
Wang
,
Y.
Xie
,
H.
Yu
,
J.
Lei
,
D.
Wu
,
F.
Liu
,
Q.
Fu
,
Q.
Zeng
,
C.-H.
Hsu
,
C.
Yang
,
L.
Lu
,
T.
Yu
,
Z.
Shen
,
H.
Lin
,
B. I.
Yakobson
,
Q.
Liu
,
K.
Suenaga
,
G.
Liu
, and
Z.
Liu
,
Nature
556
(
7701
),
355
359
(
2018
).
26.
J.
Zhou
,
C.
Zhu
,
Y.
Zhou
,
J.
Dong
,
P.
Li
,
Z.
Zhang
,
Z.
Wang
,
Y.-C.
Lin
,
J.
Shi
,
R.
Zhang
,
Y.
Zheng
,
H.
Yu
,
B.
Tang
,
F.
Liu
,
L.
Wang
,
L.
Liu
,
G.-B.
Liu
,
W.
Hu
,
Y.
Gao
,
H.
Yang
,
W.
Gao
,
L.
Lu
,
Y.
Wang
,
K.
Suenaga
,
G.
Liu
,
F.
Ding
,
Y.
Yao
, and
Z.
Liu
,
Nat. Mater.
22
(
4
),
450
458
(
2022
).
27.
N.
Rohaizad
,
C. C.
Mayorga-Martinez
,
Z.
Sofer
,
R. D.
Webster
, and
M.
Pumera
,
Appl. Mater. Today
19
,
100606
(
2020
).
28.
Y.
Zhao
,
J.
Qiao
,
Z.
Yu
,
P.
Yu
,
K.
Xu
,
S. P.
Lau
,
W.
Zhou
,
Z.
Liu
,
X.
Wang
,
W.
Ji
, and
Y.
Chai
,
Adv. Mater.
29
(
5
),
27886410
(
2017
).
29.
P.
Wang
,
D.
He
,
Y.
Wang
,
X.
Zhang
,
J.
He
, and
H.
Zhao
,
Laser Photonics Rev.
16
(
7
),
2100594
(
2022
).
30.
Y.
Wang
,
K.
Szokolova
,
M. Z. M.
Nasir
,
Z.
Sofer
, and
M.
Pumera
,
Chem.–Eur. J.
25
(
30
),
7330
7338
(
2019
).
31.
L.
Li
,
W.
Wang
,
Y.
Chai
,
H.
Li
,
M.
Tian
, and
T.
Zhai
,
Adv. Funct. Mater.
27
(
27
),
1701011
(
2017
).
32.
S.
Jiang
,
J.
Yang
,
L.
Zhu
,
J.
Xie
,
W.
Guo
,
E.
Zhao
,
C.
Chen
,
T.
Wang
,
F.
Su
,
Y.
Zhang
, and
J.
Lin
,
Nano Res.
15
(
5
),
4366
4373
(
2022
).
33.
D.
Zhao
,
S.
Xie
,
Y.
Wang
,
H.
Zhu
,
L.
Chen
,
Q.
Sun
, and
D. W.
Zhang
,
AIP Adv.
9
(
2
),
025225
(
2019
).
34.
X.
Zhang
,
G.
Su
,
J.
Lu
,
W.
Yang
,
W.
Zhuang
,
K.
Han
,
X.
Wang
,
Y.
Wan
,
X.
Yu
, and
P.
Yang
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
13
(
36
),
43063
43074
(
2021
).
35.
W.
Yang
,
J.
Lu
,
W.
Zhuang
,
J.
Qi
,
C.
Wang
,
H.
Wang
,
G.
Su
,
K.
Xiong
,
Y.
Mao
,
X.
Gong
,
J.
Yuan
,
D.
Wang
,
J.
Sui
,
G.
Zhang
,
Y.
Wan
, and
P.
Yang
,
Appl. Surf. Sci.
614
,
156277
(
2023
).
36.
J.
Lu
,
X.
Zhang
,
G.
Su
,
W.
Yang
,
K.
Han
,
X.
Yu
,
Y.
Wan
,
X.
Wang
, and
P.
Yang
,
Mater. Today Phys.
18
,
100376
(
2021
).
37.
J.
Lu
,
W.
Zhuang
,
W.
Yang
,
X.
Zhang
,
G.
Su
,
X.
Gong
,
J.
Yuan
,
J.
Sui
,
Y.
Zhou
,
G.
Zhang
,
Y.
Wan
, and
P.
Yang
,
J. Phys. Chem. C
125
(
49
),
27335
27343
(
2021
).
38.
P.
Bennema
,
H.
Meekes
,
S.
Boerrigter
,
H.
Cuppen
,
M.
Deij
,
J.
van Eupen
,
P.
Verwer
, and
E.
Vlieg
,
Cryst. Growth Des.
4
(
5
),
905
913
(
2004
).
39.
Q.
Yi
,
J.
Chen
,
Y.
Le
,
J.
Wang
,
C.
Xue
, and
H.
Zhao
,
J. Cryst. Growth
372
,
193
198
(
2013
).
40.
J.
Prywer
,
J. Cryst. Growth
270
(
3–4
),
699
710
(
2004
).
41.
S.
Zhu
,
R.
Duan
,
W.
Chen
,
F.
Wang
,
J.
Han
,
X.
Xu
,
L.
Wu
,
M.
Ye
,
F.
Sun
,
S.
Han
,
X.
Zhao
,
C. S.
Tan
,
H.
Liang
,
Z.
Liu
, and
Q. J.
Wang
,
ACS Nano
17
(
3
),
2148
2158
(
2023
).
42.
F.
Gronvold
,
H.
Haraldsen
,
A.
Kjekshus
, and
R.
Söderquist
,
Acta Chem. Scand.
14
(
9
),
1879
1893
(
1960
).
43.
Z.
Wang
,
P.
Wang
,
F.
Wang
,
J.
Ye
,
T.
He
,
F.
Wu
,
M.
Peng
,
P.
Wu
,
Y.
Chen
,
F.
Zhong
,
R.
Xie
,
Z.
Cui
,
L.
Shen
,
Q.
Zhang
,
L.
Gu
,
M.
Luo
,
Y.
Wang
,
H.
Chen
,
P.
Zhou
,
A.
Pan
,
X.
Zhou
,
L.
Zhang
, and
W.
Hu
,
Adv. Funct. Mater.
30
(
5
),
1907945
(
2019
).
44.
J.
Pang
,
Y.
Wang
,
X.
Yang
,
L.
Zhang
,
Y.
Li
,
Y.
Zhang
,
J.
Yang
,
F.
Yang
,
X.
Wang
,
G.
Cuniberti
,
H.
Liu
, and
M. H.
Rümmeli
,
Mater. Adv.
3
(
3
),
1497
1505
(
2022
).
45.
F.
Bannister
,
Mineral. Mag. J. Mineral. Soc.
23
(
138
),
188
206
(
1932
).
46.
C. P.
Cullen
,
C.
Ó Coileáin
,
J. B.
McManus
,
O.
Hartwig
,
D.
McCloskey
,
G. S.
Duesberg
, and
N.
McEvoy
,
Nanoscale
13
(
15
),
7403
7411
(
2021
).
47.
X.
Chia
,
A.
Adriano
,
P.
Lazar
,
Z.
Sofer
,
J.
Luxa
, and
M.
Pumera
,
Adv. Funct. Mater.
26
(
24
),
4306
4318
(
2016
).
48.
N.
Rohaizad
,
C. C.
Mayorga-Martinez
,
Z.
Sofer
, and
M.
Pumera
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
9
(
46
),
40697
40706
(
2017
).
49.
J.
Dembowski
,
L.
Marosi
, and
M.
Essig
,
Surf. Sci. Spectra
2
(
2
),
104
108
(
1993
).
50.
J.
Yuan
,
T.
Sun
,
Z.
Hu
,
W.
Yu
,
W.
Ma
,
K.
Zhang
,
B.
Sun
,
S. P.
Lau
,
Q.
Bao
,
S.
Lin
, and
S.
Li
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
(
47
),
40614
40622
(
2018
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.