最初受到石墨烯工作的启发，二维(2D)材料的广泛分类产生了巨大的兴趣。过渡金属二硫族化合物(TMDs)的单层和异质结构作为人们期待已久的石墨烯二维半导体类似物引起了广泛的研究。由于其直接带隙，TMD单层膜在原子薄电子，光学和光伏应用中非常有前途。

图1所示。利用基于设定点和尖端振幅的相位反馈观察了在SiO2上生长的WS2单晶单层的阶跃高度。(a)在台阶高度的SiO2上生长的WS2单晶单层三角形的AFM形貌扫描图。(b)左侧为原子力显微镜尖端。右边是振幅和设定点如何随高度变化的插图。(c)阶跃高度与相位反馈的尖端幅度。

在各种应用中使用TMD单层材料之前，需要对这些材料进行全面的表征。原子力显微镜(AFM)能够通过振幅-相位距离和力-距离曲线表征包括松散结合的污染物和沉积物在内的地形，并具有探测局部电子和磁性质的附加潜力。然而，尖端和样品之间不必要的相互作用导致的力与所研究的性质的力相同。虽然现有的报告包含了一系列的结果，但AFM扫描中的异常并没有得到充分的探索。已知TMD与衬底之间的相互作用力会影响AFM中TMD单层的测量台阶高度(或厚度)。解耦各种力进行分析需要对尖端-样品相互作用有充分的了解。这种与tmd有关的尖端样品力和台阶高度异常的描述尚未报道。

在我们的工作中，我们对WS的AFM地形图像中的伪影进行了详细的分析₂包括不同台阶高度(WS)的单层₂根据AFM设置显示不同的厚度)和对比度反演(WS)₂出现在基材下方)。我们用不同的尖端-样品相互作用和毛细力来描述我们的发现，并发现阶跃高度强烈地依赖于尖端振幅和设定点。此外，我们规定了工具设置以防止对比度反转，并讨论了“正确的”TMD步高测量，因为我们发现我们的结果适用于具有类似润湿特性的其他TMD，如WSe₂和摩斯₂．

我们的主要发现包括:1)存在时，毛细力主导测量误差;2)基板水层的去除将高度测量的变化从+/-6 nm减小到+/-0.5 nm;3)当衬底水层存在时，通过将AFM设置为高尖端振幅和低设定点来校正对比度反演;我们发现，高尖端振幅降低毛细力;4)当衬底水层不存在时，通过将AFM设置为低振幅和高设定点来纠正对比度反转，这将使操作进入排斥状态;5)考虑到表面污染物和水层的存在，必须通过幅相距离和力距离曲线来表征污染物。

这项工作代表了确定AFM中“正确”高度测量的里程碑，这不能单独从AFM地形图像中确定，而是必须通过诸如力-距离表征等技术来找到。Christian Cupo先生和Kyle Godin先生实验性地领导了这个项目。

Kyle Godin, Christian Cupo, EH Yang
美国斯蒂文斯理工学院

出版

WS2单层膜动态AFM中阶跃高度变化的减小和对比度反演的校正。
Godin K, Cupo C, Yang EH
2017年12月19日

离线阅读:

相关文章:

	MoS2/h-BN/WSe2的最佳光电性能随着下一代半导体光电器件向小型化、高性能、高集成化方向发展，传统的块状材料正面临着巨大的挑战。石墨烯的发现开启了…
	基于波长不敏感的超宽带吸收…由于高载流子迁移率，石墨烯在开发高速光电探测器方面引起了极大的兴趣。在本研究中，对于实用的高性能光电探测器，我们关注的是显著扩大吸收…
	强光促进心脏的昼夜节律功能。人类每天都暴露在强烈的阳光下，这对我们身体的昼夜节律正常运作至关重要。这很重要，因为昼夜节律…
	成像金属纳米颗粒在石墨烯气凝胶上的吸附多孔碳气凝胶和海绵状材料与金属纳米颗粒(NPs)的功能化在能源储存和收集以及环境修复等领域有着巨大的应用前景。的方法……
	电子液晶:解决…物质的相以每一状态所固有的对称性为特征。想象一下水结冰的过程。这种相变伴随着H2O分子的结晶，…
	基于Ti3C2-MXene的快速检测荧光生物传感器在过去的十年中，零维(0D)和二维(2D)纳米材料，如纳米结构金属和石墨烯衍生物，作为荧光猝灭剂或能量受体，在开发荧光材料方面产生了非凡的影响。