Indirect‐To‐Direct Bandgap Crossover and Room‐Temperature Valley Polarization of Multilayer MoS2 Achieved by Electrochemical Intercalation

材料科学 Valleytronics公司 光致发光 二硫化钼 带隙 光电子学 兴奋剂 凝聚态物理 极化(电化学) 点反射 铁磁性 自旋电子学 物理 物理化学 化学 冶金
作者
Min‐kyung Jo,Eunji Lee,Eoram Moon,Bo Gyu Jang,Jeongtae Kim,Jeongtae Kim,Krishna P. Dhakal,Saeyoung Oh,Seong Rae Cho,Nurul Hasanah,Seungmo Yang,Hu Young Jeong,Jeongyong Kim,Jeongyong Kim,Kibum Kang,Seungwoo Song
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (47): e2407997-e2407997 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adma.202407997
摘要

Abstract Monolayer (1L) group VI transition metal dichalcogenides (TMDs) exhibit broken inversion symmetry and strong spin‐orbit coupling, offering promising applications in optoelectronics and valleytronics. Despite their direct bandgap, high absorption coefficient, and spin‐valley locking in K or K’ valleys, the ultra‐short valley lifetime limits their room‐temperature applications. In contrast, multilayer TMDs, with more absorptive layers, sacrifice the direct bandgap and valley polarization upon gaining inversion symmetry from the bilayer structure. Here, we demonstrate that multilayer molybdenum disulfide (MoS 2 ) can maintain 1) a structure with broken inversion symmetry and strong spin‐orbit coupling, 2) a direct bandgap with high photoluminescence (PL) intensity, and 3) stable valley polarization up to room temperature. Through the intercalation of organic 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium (EMIM + ) ions, multilayer MoS 2 not only exhibits layer decoupling but also benefits from an electron doping effect. This results in a hundredfold increase in PL intensity and stable valley polarization, achieving 55% and 16% degrees of valley polarization at 3 K and room temperature, respectively. The persistent valley polarization at room temperature, due to interlayer decoupling and trion dominance facilitated by a gate‐free method, opens up potential applications in valley‐selective optoelectronics and valley transistors.
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