WS2纳米管的制造

化学生长的多壁WS2纳米管被分散在SiO2/Si++衬底上。在光学显微镜下选择孤立的纳米管。WS2的单晶是通过化学蒸气传输生长的。双层和单层使用胶带进行机械剥离。

随后,这些薄片被转移到一个SiO2/Si++基底上。它们的层数通过光学显微照片中的对比度来确定。使用电子束光刻技术,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为抗蚀剂,对电极进行了图案化。在PMMA显影后,铬(5纳米)和金(200纳米)通过蒸发被沉积为电极。

AFM和SKPM对WS2纳米管的研究以及晶格数和尺寸的影响图片

光伏反应测量。所有的电学测量都是在高真空条件下,在一个加装了电穿透装置的光学恒温器(牛津仪器的MicrostatHe)中进行的。样品被氦氖激光器(波长632.8纳米)或两个二极管激光器(532纳米或730纳米)中的一个照射,激光点的大小,由激光轮廓的高斯拟合决定,大约为2.5微米(632.8纳米)、2.1微米(532纳米)或1.2微米(730纳米)。

激光束通过一个×50的奥林巴斯物镜以正常入射角聚焦在样品上。激光束的紧密聚焦并不影响实验结果的质量。用位于物镜后面的功率计监测入射的激光功率。通过结合Glan-Taylor棱镜、λ/2板和λ/4板对偏振特性进行调制。

在WS2纳米管中,BPVE比在其他大宗材料中要大几个数量级。研究人员注意到,管子的直径(大约102纳米)比激光点的直径(1-2微米)小得多;因此,纳米管最多只能吸收总入射激光功率的10%。

激光的斜入射对WS2纳米管器件的光电流响应的影响图片

综上,在WS2纳米管中观察到一个大的BPVE,是在大宗材料领域之外首次观察到这种效应,它显示了TMD纳米管收集太阳能的潜力。

此外,单层(非极性非中心对称结构)和纳米管(极性非中心对称结构)之间效应强度的巨大差异(几个数量级)表明,对称性降低,也许还有极性晶体结构对于提高BPVE至关重要。

参考文献:Zhang Y J, Ideue T, Onga M, et al. Enhanced intrinsic photovoltaic effect in tungsten disulfide nanotubes[J]. Nature, 2019, 570(7761): 349-353.

 

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