Measurement of the optical dielectric function of monolayer transition-metal dichalcogenides: MoS2, Mo S e2, WS2, and WS e2

Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics

Volumn 90, Issue 20, 2014, Pages

  Li, Yilei ^a   Chernikov, Alexey ^a   Zhang, Xian ^b   Rigosi, Albert ^a   Hill, Heather M ^a   Van Der Zande, Arend M ^a,b   Chenet, Daniel A ^b   Shih, En Min ^a   Hone, James ^b   Heinz, Tony F ^a  

^a Och Spine at New York Presbyterian Hospitals   (United States)

^b Department of Mechanical Engineering Columbia University ^*  (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84911370010     PISSN: 10980121     EISSN: 1550235X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1103/PhysRevB.90.205422     Document Type: Article

References (56)

1. S. Z. Butler, S. M. Hollen, L. Cao, Y. Cui, J. A. Gupta, H. R. Gutiérrez, T. F. Heinz, S. S. Hong, J. Huang, A. F. Ismach, E. Johnston-Halperin, M. Kuno, V. V. Plashnitsa, R. D. Robinson, R. S. Ruoff, S. Salahuddin, J. Shan, L. Shi, M. G. Spencer, M. Terrones, W. Windl, and J. E. Goldberger, ACS Nano 7, 2898 (2013). 10.1021/nn400280c
2. Q. H. Wang, K. Kalantar-Zadeh, A. Kis, J. N. Coleman, and M. S. Strano, Nat. Nanotechnol. 7, 699 (2012). 10.1038/nnano.2012.193
3. X. Xu, W. Yao, D. Xiao, and T. F. Heinz, Nat. Phys. 10, 343 (2014). 10.1038/nphys2942
4. K. F. Mak, C. Lee, J. Hone, J. Shan, and T. F. Heinz, Phys. Rev. Lett. 105, 136805 (2010). 10.1103/PhysRevLett.105.136805
5. A. Splendiani, L. Sun, Y. Zhang, T. Li, J. Kim, C.-Y. Chim, G. Galli, and F. Wang, Nano Lett. 10, 1271 (2010). 10.1021/nl903868w
6. K. F. Mak, K. He, J. Shan, and T. F. Heinz, Nat. Nanotechnol. 7, 494 (2012). 10.1038/nnano.2012.96
7. H. Zeng, J. Dai, W. Yao, D. Xiao, and X. Cui, Nat. Nanotechnol. 7, 490 (2012). 10.1038/nnano.2012.95
8. T. Cao, G. Wang, W. Han, H. Ye, C. Zhu, J. Shi, Q. Niu, P. Tan, E. Wang, B. Liu, and J. Feng, Nat. Commun. 3, 887 (2012). 10.1038/ncomms1882
9. D. Xiao, G.-B. Liu, W. Feng, X. Xu, and W. Yao, Phys. Rev. Lett. 108, 196802 (2012). 10.1103/PhysRevLett.108.196802
10. 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). 10.1103/PhysRevLett.113.076802
11. K. He, N. Kumar, L. Zhao, Z. Wang, K. F. Mak, H. Zhao, and J. Shan, Phys. Rev. Lett. 113, 026803 (2014). 10.1103/PhysRevLett.113.026803
12. K. F. Mak, K. He, C. Lee, G. H. Lee, J. Hone, T. F. Heinz, and J. Shan, Nat. Mater. 12, 207 (2013). 10.1038/nmat3505
13. J. S. Ross, S. Wu, H. Yu, N. J. Ghimire, A. M. Jones, G. Aivazian, J. Yan, D. G. Mandrus, D. Xiao, W. Yao, and X. Xu, Nat. Commun. 4, 1474 (2013). 10.1038/ncomms2498
14. M. M. Ugeda, A. J. Bradley, S.-F. Shi, F. H. da Jornada, Y. Zhang, D. Y. Qiu, W. Ruan, S.-K. Mo, Z. Hussain, Z.-X. Shen, F. Wang, S. G. Louie, and M. F. Crommie, Nat. Mater. doi: 10.1038/nmat4061 (2014).
15. Z. Ye, T. Cao, K. O'Brien, H. Zhu, X. Yin, Y. Wang, S. G. Louie, and X. Zhang, Nature (London) 513, 214 (2014). 10.1038/nature13734
16. G. Wang, X. Marie, I. Gerber, T. Amand, D. Lagarde, L. Bouet, M. Vidal, A. Balocchi, and B. Urbaszek, arXiv:1404.0056.
17. B. Zhu, X. Chen, and X. Cui, arXiv:1403.5108.
18. A. Pospischil, M. M. Furchi, and T. Mueller, Nat. Nanotechnol. 9, 257 (2014). 10.1038/nnano.2014.14
19. B. W. H. Baugher, H. O. H. Churchill, Y. Yang, and P. Jarillo-Herrero, Nat. Nanotechnol. 9, 262 (2014). 10.1038/nnano.2014.25
20. J. S. Ross, P. Klement, A. M. Jones, N. J. Ghimire, J. Yan, D. G. Mandrus, T. Taniguchi, K. Watanabe, K. Kitamura, W. Yao, D. H. Cobden, and X. Xu, Nat. Nanotechnol. 9, 268 (2014). 10.1038/nnano.2014.26
21. L. Britnell, R. M. Ribeiro, A. Eckmann, R. Jalil, B. D. Belle, A. Mishchenko, Y. J. Kim, R. V. Gorbachev, T. Georgiou, S. V. Morozov, A. N. Grigorenko, A. K. Geim, C. Casiraghi, A. H. C. Neto, and K. S. Novoselov, Science 340, 1311 (2013). 10.1126/science.1235547
22. C.-H. Lee, G.-H. Lee, A. M. van der Zande, W. Chen, Y. Li, M. Han, X. Cui, G. Arefe, C. Nuckolls, T. F. Heinz, J. Guo, J. Hone, and P. Kim, Nat. Nanotechnol. 9, 676 (2014). 10.1038/nnano.2014.150
23. S. Jo, N. Ubrig, H. Berger, A. B. Kuzmenko, and A. F. Morpurgo, Nano Lett. 14, 2019 (2014). 10.1021/nl500171v
24. O. Lopez-Sanchez, E. Alarcon Llado, V. Koman, A. Fontcuberta i Morral, A. Radenovic, and A. Kis, ACS Nano 8, 3042 (2014). 10.1021/nn500480u
25. F. H. L. Koppens, T. Mueller, P. Avouris, A. C. Ferrari, M. S. Vitiello, and M. Polini, Nat. Nanotechnol. 9, 780 (2014). 10.1038/nnano.2014.215
26. S. Chih-Chiang, H. Yu-Te, L. Lain-Jong, and L. Hsiang-Lin, Appl. Phys. Express 6, 125801 (2013). 10.7567/APEX.6.125801
27. C. Yim, M. O'Brien, N. McEvoy, S. Winters, I. Mirza, J. G. Lunney, and G. S. Duesberg, Appl. Phys. Lett. 104, 103114 (2014). 10.1063/1.4868108
28. W. Li, A. G. Birdwell, M. Amani, R. A. Burke, X. Ling, Y.-H. Lee, X. Liang, L. Peng, C. A. Richter, J. Kong, D. J. Gundlach, and N. V. Nguyen, arXiv:1407.6997.
29. K. S. Novoselov, D. Jiang, F. Schedin, T. J. Booth, V. V. Khotkevich, S. V. Morozov, and A. K. Geim, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 10451 (2005). 10.1073/pnas.0502848102
30. Y.-H. Lee, X.-Q. Zhang, W. Zhang, M.-T. Chang, C.-T. Lin, K.-D. Chang, Y.-C. Yu, J. T.-W. Wang, C.-S. Chang, L.-J. Li, and T.-W. Lin, Adv. Mater. 24, 2320 (2012). 10.1002/adma.201104798
31. Y. Zhan, Z. Liu, S. Najmaei, P. M. Ajayan, and J. Lou, Small 8, 966 (2012). 10.1002/smll.201102654
32. K.-K. Liu, W. Zhang, Y.-H. Lee, Y.-C. Lin, M.-T. Chang, C.-Y. Su, C.-S. Chang, H. Li, Y. Shi, H. Zhang, C.-S. Lai, and L.-J. Li, Nano Lett. 12, 1538 (2012). 10.1021/nl2043612
33. X. Lu, M. I. B. Utama, J. Lin, X. Gong, J. Zhang, Y. Zhao, S. T. Pantelides, J. Wang, Z. Dong, Z. Liu, W. Zhou, and Q. Xiong, Nano Lett. 14, 2419 (2014) 10.1021/nl5000906.
34. C. Cong, J. Shang, X. Wu, B. Cao, N. Peimyoo, C. Qiu, L. Sun, and T. Yu, Adv. Opt. Mater. 2, 131 (2014). 10.1002/adom.201300428
35. A. M. van der Zande, P. Y. Huang, D. A. Chenet, T. C. Berkelbach, Y. You, G.-H. Lee, T. F. Heinz, D. R. Reichman, D. A. Muller, and J. C. Hone, Nat. Mater. 12, 554 (2013). 10.1038/nmat3633
36. M. Bass, C. DeCusatis, J. Enoch, V. Lakshminarayanan, G. Li, C. MacDonald, V. Mahajan, and E. Van Stryland, Handbook of Optics, 3rd ed., Vol. IV: Optical Properties of Materials, Nonlinear Optics, Quantum Optics (set) (McGraw-Hill Education, New York, 2009).
37. J. A. Wilson and A. D. Yoffe, Adv. Phys. 18, 193 (1969). 10.1080/00018736900101307
38. L. F. Mattheiss, Phys. Rev. B 8, 3719 (1973). 10.1103/PhysRevB.8.3719
39. D. Y. Qiu, F. H. da Jornada, and S. G. Louie, Phys. Rev. Lett. 111, 216805 (2013). 10.1103/PhysRevLett.111.216805
40. A. Carvalho, R. M. Ribeiro, and A. H. Castro Neto, Phys. Rev. B 88, 115205 (2013). 10.1103/PhysRevB.88.115205
41. E. Hecht, in Optics, 4th ed. (Addison-Wesley, San Francisco, CA, 2002), pp. 426-428.
42. A. B. Kuzmenko, Rev. Sci. Instrum. 76, 083108 (2005). 10.1063/1.1979470
43. G. Lucovsky, R. M. White, J. A. Benda, and J. F. Revelli, Phys. Rev. B 7, 3859 (1973). 10.1103/PhysRevB.7.3859
44. T. J. Wieting and J. L. Verble, Phys. Rev. B 3, 4286 (1971). 10.1103/PhysRevB.3.4286
45. B. Radisavljevic, A. Radenovic, J. Brivio, V. Giacometti, and A. Kis, Nat. Nanotechnol. 6, 147 (2011). 10.1038/nnano.2010.279
46. A. R. Beal and H. P. Hughes, J. Phys. C 12, 881 (1979). 10.1088/0022-3719/12/5/017
47. A. R. Beal, W. Y. Liang, and H. P. Hughes, J. Phys. C 9, 2449 (1976). 10.1088/0022-3719/9/12/027
48. See Supplemental Material at http://link.aps.org/supplemental/10.1103/PhysRevB.90.205422 for the parametrization of the dielectric functions with Lorentzian peaks and the A and B transition energies.
49. C. Ruppert, O. B. Aslan, and T. F. Heinz, Nano Lett. 14, 6231 (2014). 10.1021/nl502557g
50. Z. Y. Zhu, Y. C. Cheng, and U. Schwingenschlögl, Phys. Rev. B 84, 153402 (2011). 10.1103/PhysRevB.84.153402
51. W. Zhao, Z. Ghorannevis, L. Chu, M. Toh, C. Kloc, P.-H. Tan, and G. Eda, ACS Nano 7, 791 (2012). 10.1021/nn305275h
52. G.-B. Liu, W.-Y. Shan, Y. Yao, W. Yao, and D. Xiao, Phys. Rev. B 88, 085433 (2013). 10.1103/PhysRevB.88.085433
53. K. F. Mak, J. Shan, and T. F. Heinz, Phys. Rev. Lett. 106, 046401 (2011). 10.1103/PhysRevLett.106.046401
54. K. F. Mak, F. H. da Jornada, K. He, J. Deslippe, N. Petrone, J. Hone, J. Shan, S. G. Louie, and T. F. Heinz, Phys. Rev. Lett. 112, 207401 (2014). 10.1103/PhysRevLett.112.207401
55. R. Coehoorn, C. Haas, and R. A. de Groot, Phys. Rev. B 35, 6203 (1987). 10.1103/PhysRevB.35.6203
56. W. Zhao, R. M. Ribeiro, M. Toh, A. Carvalho, C. Kloc, A. H. Castro Neto, and G. Eda, Nano Lett. 13, 5627 (2013). 10.1021/nl403270k