Skip to main content
Erschienen in: Journal of Electronic Materials 6/2021

12.04.2021 | Original Research Article

Nonlinear Optical Properties of Vertically-Aligned MoS2 Nanosheets

verfasst von: Bahareh Rahmati, Sara Ghayeb-Zamharir, Rouhollha Karimzadeh, Seyed Majid Mohseni

Erschienen in: Journal of Electronic Materials | Ausgabe 6/2021

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

This paper deals with the nonlinear optical (NLO) response of vertically-aligned MoS2 (VA-MoS2) nanosheets on a quartz substrate prepared by chemical vapor deposition (CVD). Scanning electron microscopy confirmed that VA-MoS2 nanosheets were grown in specific experimental conditions. X-ray diffraction, Raman, and UV-Vis spectroscopies indicated the high-quality crystalline nature of the 2H-MoS2 prototype with excitonic features. The NLO characterization of the VA-MoS2 sample was performed by a Z-scan optical setup in the visible region (λ = 532 nm). Our VA-MoS2 sample exhibited a highly unpredictable nonlinear refractive index (~ 10−5 cm2 W−1) and nonlinear absorption coefficient (~ 1 cm W−1), suggesting its potential applications in nonlinear optical devices. It was shown that free-carrier nonlinearity may have contributed to the observed enhanced nonlinear optical properties.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat J.N. Coleman, M. Lotya, A. O’Neill, S.D. Bergin, P.J. King, U. Khan, K. Young, A. Gaucher, S. De, and R.J. Smith, Science 331, 568 (2011).CrossRef J.N. Coleman, M. Lotya, A. O’Neill, S.D. Bergin, P.J. King, U. Khan, K. Young, A. Gaucher, S. De, and R.J. Smith, Science 331, 568 (2011).CrossRef
2.
Zurück zum Zitat S. Zhang, N. Dong, N. McEvoy, M. O’Brien, S. Winters, N.C. Berner, C. Yim, Y. Li, X. Zhang, and Z. Chen, ACS Nano 9, 7142 (2015).CrossRef S. Zhang, N. Dong, N. McEvoy, M. O’Brien, S. Winters, N.C. Berner, C. Yim, Y. Li, X. Zhang, and Z. Chen, ACS Nano 9, 7142 (2015).CrossRef
3.
Zurück zum Zitat O. Lopez-Sanchez, D. Lembke, M. Kayci, A. Radenovic, and A. Kis, Nat. Nanotechnol. 8, 497 (2013).CrossRef O. Lopez-Sanchez, D. Lembke, M. Kayci, A. Radenovic, and A. Kis, Nat. Nanotechnol. 8, 497 (2013).CrossRef
4.
Zurück zum Zitat J. Pu, Y. Yomogida, K.-K. Liu, L.-J. Li, Y. Iwasa, and T. Takenobu, Nano Lett. 12, 4013 (2012).CrossRef J. Pu, Y. Yomogida, K.-K. Liu, L.-J. Li, Y. Iwasa, and T. Takenobu, Nano Lett. 12, 4013 (2012).CrossRef
5.
Zurück zum Zitat W. Zhang, J.K. Huang, C.H. Chen, Y.H. Chang, Y.J. Cheng, and L.J. Li, Adv. Mater. 25, 3456 (2013).CrossRef W. Zhang, J.K. Huang, C.H. Chen, Y.H. Chang, Y.J. Cheng, and L.J. Li, Adv. Mater. 25, 3456 (2013).CrossRef
6.
Zurück zum Zitat A. O’Neill, U. Khan, and J.N. Coleman, Chem. Mater. 24, 2414 (2012).CrossRef A. O’Neill, U. Khan, and J.N. Coleman, Chem. Mater. 24, 2414 (2012).CrossRef
7.
8.
Zurück zum Zitat G. Eda, H. Yamaguchi, D. Voiry, T. Fujita, M. Chen, and M. Chhowalla, Nano Lett. 11, 5111 (2011).CrossRef G. Eda, H. Yamaguchi, D. Voiry, T. Fujita, M. Chen, and M. Chhowalla, Nano Lett. 11, 5111 (2011).CrossRef
9.
Zurück zum Zitat R. Lv, J.A. Robinson, R.E. Schaak, D. Sun, Y. Sun, T.E. Mallouk, and M. Terrones, Acc. Chem. Res. 48, 56 (2014).CrossRef R. Lv, J.A. Robinson, R.E. Schaak, D. Sun, Y. Sun, T.E. Mallouk, and M. Terrones, Acc. Chem. Res. 48, 56 (2014).CrossRef
10.
Zurück zum Zitat M.-A. Kang, S.K. Kim, J.K. Han, S.J. Kim, S.-J. Chang, C.-Y. Park, S. Myung, W. Song, S.S. Lee, and J. Lim, 2D Mater. 4, 025042 (2017).CrossRef M.-A. Kang, S.K. Kim, J.K. Han, S.J. Kim, S.-J. Chang, C.-Y. Park, S. Myung, W. Song, S.S. Lee, and J. Lim, 2D Mater. 4, 025042 (2017).CrossRef
11.
Zurück zum Zitat F. Zhang, K. Momeni, M.A. AlSaud, A. Azizi, M.F. Hainey Jr., J.M. Redwing, L.-Q. Chen, and N. Alem, 2D Mater. 4, 025029 (2017).CrossRef F. Zhang, K. Momeni, M.A. AlSaud, A. Azizi, M.F. Hainey Jr., J.M. Redwing, L.-Q. Chen, and N. Alem, 2D Mater. 4, 025029 (2017).CrossRef
12.
Zurück zum Zitat B. Rahmati, I. Hajzadeh, R. Karimzadeh, and S. Mohseni, Appl. Surf. Sci. 455, 876 (2018).CrossRef B. Rahmati, I. Hajzadeh, R. Karimzadeh, and S. Mohseni, Appl. Surf. Sci. 455, 876 (2018).CrossRef
13.
Zurück zum Zitat G. Deokar, N. Rajput, P. Vancsó, F. Ravaux, M. Jouiad, D. Vignaud, F. Cecchet, and J.-F. Colomer, Nanoscale 9, 277 (2017).CrossRef G. Deokar, N. Rajput, P. Vancsó, F. Ravaux, M. Jouiad, D. Vignaud, F. Cecchet, and J.-F. Colomer, Nanoscale 9, 277 (2017).CrossRef
14.
15.
Zurück zum Zitat Y.K. Srivastava, A. Chaturvedi, M. Manjappa, A. Kumar, G. Dayal, C. Kloc, and R. Singh, Adv. Opt. Mater. 5, 1700762 (2017).CrossRef Y.K. Srivastava, A. Chaturvedi, M. Manjappa, A. Kumar, G. Dayal, C. Kloc, and R. Singh, Adv. Opt. Mater. 5, 1700762 (2017).CrossRef
16.
Zurück zum Zitat H. Ouyang, H. Chen, Y. Tang, J. Zhang, C. Zhang, B. Zhang, X. Cheng, and T. Jiang, Nanophotonics 9, 2351 (2020).CrossRef H. Ouyang, H. Chen, Y. Tang, J. Zhang, C. Zhang, B. Zhang, X. Cheng, and T. Jiang, Nanophotonics 9, 2351 (2020).CrossRef
17.
Zurück zum Zitat S. Wang, H. Yu, H. Zhang, A. Wang, M. Zhao, Y. Chen, L. Mei, and J. Wang, Adv. Mater. 26, 3538 (2014).CrossRef S. Wang, H. Yu, H. Zhang, A. Wang, M. Zhao, Y. Chen, L. Mei, and J. Wang, Adv. Mater. 26, 3538 (2014).CrossRef
18.
Zurück zum Zitat J. Zhang, H. Ouyang, X. Zheng, J. You, R. Chen, T. Zhou, Y. Sui, Y. Liu, X. Cheng, and T. Jiang, Opt. Lett. 43, 243 (2018).CrossRef J. Zhang, H. Ouyang, X. Zheng, J. You, R. Chen, T. Zhou, Y. Sui, Y. Liu, X. Cheng, and T. Jiang, Opt. Lett. 43, 243 (2018).CrossRef
19.
Zurück zum Zitat R. Wei, X. Tian, Z. Hu, H. Zhang, T. Qiao, X. He, Q. Chen, Z. Chen, and J. Qiu, Opt. Express 24, 25337 (2016).CrossRef R. Wei, X. Tian, Z. Hu, H. Zhang, T. Qiao, X. He, Q. Chen, Z. Chen, and J. Qiu, Opt. Express 24, 25337 (2016).CrossRef
20.
Zurück zum Zitat B. Rahmati, I. Hajzadeh, M. Taheri, R. Karimzadeh, S. Mohajerzadeh, and S. Mohseni, Appl. Surf. Sci. 490, 165 (2019).CrossRef B. Rahmati, I. Hajzadeh, M. Taheri, R. Karimzadeh, S. Mohajerzadeh, and S. Mohseni, Appl. Surf. Sci. 490, 165 (2019).CrossRef
21.
Zurück zum Zitat S.G. Zamharir, R. Karimzadeh, and S.H. Aboutalebi, Appl. Phys. A 124, 692 (2018).CrossRef S.G. Zamharir, R. Karimzadeh, and S.H. Aboutalebi, Appl. Phys. A 124, 692 (2018).CrossRef
22.
Zurück zum Zitat A. Splendiani, L. Sun, Y. Zhang, T. Li, J. Kim, C.-Y. Chim, G. Galli, and F. Wang, Nano Lett. 10, 1271 (2010).CrossRef A. Splendiani, L. Sun, Y. Zhang, T. Li, J. Kim, C.-Y. Chim, G. Galli, and F. Wang, Nano Lett. 10, 1271 (2010).CrossRef
24.
Zurück zum Zitat G. Deokar, D. Vignaud, R. Arenal, P. Louette, and J.-F. Colomer, Nanotechnology 27, 075604 (2016).CrossRef G. Deokar, D. Vignaud, R. Arenal, P. Louette, and J.-F. Colomer, Nanotechnology 27, 075604 (2016).CrossRef
25.
Zurück zum Zitat M.B. Sreedhara, H.S.S. Ramakrishna Matte, A. Govindaraj, and C.N.R. Rao, Chem. Asian J. 8, 2430 (2013).CrossRef M.B. Sreedhara, H.S.S. Ramakrishna Matte, A. Govindaraj, and C.N.R. Rao, Chem. Asian J. 8, 2430 (2013).CrossRef
26.
Zurück zum Zitat C. Lee, H. Yan, L.E. Brus, T.F. Heinz, J. Hone, and S. Ryu, ACS Nano 4, 2695 (2010).CrossRef C. Lee, H. Yan, L.E. Brus, T.F. Heinz, J. Hone, and S. Ryu, ACS Nano 4, 2695 (2010).CrossRef
27.
28.
Zurück zum Zitat S. Najmaei, Z. Liu, P. Ajayan, and J. Lou, Appl. Phys. Lett. 100, 013106 (2012).CrossRef S. Najmaei, Z. Liu, P. Ajayan, and J. Lou, Appl. Phys. Lett. 100, 013106 (2012).CrossRef
29.
Zurück zum Zitat Y. Jung, J. Shen, Y. Liu, J.M. Woods, Y. Sun, and J.J. Cha, Nano Lett. 14, 6842 (2014).CrossRef Y. Jung, J. Shen, Y. Liu, J.M. Woods, Y. Sun, and J.J. Cha, Nano Lett. 14, 6842 (2014).CrossRef
30.
Zurück zum Zitat M. Hulman, M. Sojková, K. Végsö, N. Mrkyvkova, J. Hagara, P. Hutár, P. Kotrusz, J. Hudec, K. Tokár, E. Majkova, and P. Siffalovic, J. Phys. Chem. C 123, 29468 (2019).CrossRef M. Hulman, M. Sojková, K. Végsö, N. Mrkyvkova, J. Hagara, P. Hutár, P. Kotrusz, J. Hudec, K. Tokár, E. Majkova, and P. Siffalovic, J. Phys. Chem. C 123, 29468 (2019).CrossRef
31.
Zurück zum Zitat S. Bikorimana, P. Lama, A. Walser, R. Dorsinville, S. Anghel, A. Mitioglu, A. Micu, and L. Kulyuk, Opt. Express 24, 20685 (2016).CrossRef S. Bikorimana, P. Lama, A. Walser, R. Dorsinville, S. Anghel, A. Mitioglu, A. Micu, and L. Kulyuk, Opt. Express 24, 20685 (2016).CrossRef
32.
Zurück zum Zitat K. Wang, Y. Feng, C. Chang, J. Zhan, C. Wang, Q. Zhao, J.N. Coleman, L. Zhang, W.J. Blau, and J. Wang, Nanoscale 6, 10530 (2014).CrossRef K. Wang, Y. Feng, C. Chang, J. Zhan, C. Wang, Q. Zhao, J.N. Coleman, L. Zhang, W.J. Blau, and J. Wang, Nanoscale 6, 10530 (2014).CrossRef
33.
35.
36.
Zurück zum Zitat Y. Wang, H. Chen, M. Sun, Z. Yao, B. Quan, Z. Liu, Y. Weng, J. Zhao, C. Gu, and J. Li, Carbon 122, 98 (2017).CrossRef Y. Wang, H. Chen, M. Sun, Z. Yao, B. Quan, Z. Liu, Y. Weng, J. Zhao, C. Gu, and J. Li, Carbon 122, 98 (2017).CrossRef
37.
Zurück zum Zitat P. Chapple, J. Staromlynska, J. Hermann, T. Mckay, and R. McDuff, J. Nonlinear Opt. Phys. Mater. 6, 251 (1997).CrossRef P. Chapple, J. Staromlynska, J. Hermann, T. Mckay, and R. McDuff, J. Nonlinear Opt. Phys. Mater. 6, 251 (1997).CrossRef
38.
Zurück zum Zitat M. Sheik-Bahae, A.A. Said, and E.W. Van Stryland, Opt. Lett. 14, 955 (1989).CrossRef M. Sheik-Bahae, A.A. Said, and E.W. Van Stryland, Opt. Lett. 14, 955 (1989).CrossRef
39.
40.
Zurück zum Zitat W. Boyd, Nonlinear Optics (Academic Press, 2003). W. Boyd, Nonlinear Optics (Academic Press, 2003).
41.
Zurück zum Zitat X. Zheng, Y. Zhang, R. Chen, Z. Xu, and T. Jiang, Opt. Express 23, 15616 (2015).CrossRef X. Zheng, Y. Zhang, R. Chen, Z. Xu, and T. Jiang, Opt. Express 23, 15616 (2015).CrossRef
42.
43.
Zurück zum Zitat Y. Wu, Q. Wu, F. Sun, C. Cheng, S. Meng, and J. Zhao, Proc. Natl. Acad. Sci. 112, 11800 (2015).CrossRef Y. Wu, Q. Wu, F. Sun, C. Cheng, S. Meng, and J. Zhao, Proc. Natl. Acad. Sci. 112, 11800 (2015).CrossRef
44.
Zurück zum Zitat W. Wang, Y. Wu, Q. Wu, J. Hua, and J. Zhao, Sci. Rep. 6, 22072 (2016).CrossRef W. Wang, Y. Wu, Q. Wu, J. Hua, and J. Zhao, Sci. Rep. 6, 22072 (2016).CrossRef
45.
Zurück zum Zitat B. Shi, L. Miao, Q. Wang, J. Du, P. Tang, J. Liu, C. Zhao, and S. Wen, Appl. Phys. Lett. 107, 151101 (2015).CrossRef B. Shi, L. Miao, Q. Wang, J. Du, P. Tang, J. Liu, C. Zhao, and S. Wen, Appl. Phys. Lett. 107, 151101 (2015).CrossRef
46.
Zurück zum Zitat R. Wu, Y. Zhang, S. Yan, F. Bian, W. Wang, X. Bai, X. Lu, J. Hao, and E. Wang, Nano Lett. 11, 5159 (2011).CrossRef R. Wu, Y. Zhang, S. Yan, F. Bian, W. Wang, X. Bai, X. Lu, J. Hao, and E. Wang, Nano Lett. 11, 5159 (2011).CrossRef
47.
Zurück zum Zitat Y. Jia, Y. Shan, L. Wu, X. Dai, D. Fan, and Y. Xiang, Photon. Res. 6, 1040 (2018).CrossRef Y. Jia, Y. Shan, L. Wu, X. Dai, D. Fan, and Y. Xiang, Photon. Res. 6, 1040 (2018).CrossRef
48.
Zurück zum Zitat G. Wang, S. Zhang, X. Zhang, L. Zhang, Y. Cheng, D. Fox, H. Zhang, J.N. Coleman, W.J. Blau, and J. Wang, Photon. Res. 3, A51 (2015).CrossRef G. Wang, S. Zhang, X. Zhang, L. Zhang, Y. Cheng, D. Fox, H. Zhang, J.N. Coleman, W.J. Blau, and J. Wang, Photon. Res. 3, A51 (2015).CrossRef
49.
Zurück zum Zitat T. Neupane, B. Tabibi, and F.J. Seo, Opt. Mater. Express 10, 831 (2020).CrossRef T. Neupane, B. Tabibi, and F.J. Seo, Opt. Mater. Express 10, 831 (2020).CrossRef
Metadaten
Titel
Nonlinear Optical Properties of Vertically-Aligned MoS2 Nanosheets
verfasst von
Bahareh Rahmati
Sara Ghayeb-Zamharir
Rouhollha Karimzadeh
Seyed Majid Mohseni
Publikationsdatum
12.04.2021
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Electronic Materials / Ausgabe 6/2021
Print ISSN: 0361-5235
Elektronische ISSN: 1543-186X
DOI
https://doi.org/10.1007/s11664-021-08885-w

Weitere Artikel der Ausgabe 6/2021

Journal of Electronic Materials 6/2021 Zur Ausgabe

Topical Collection: 62nd Electronic Materials Conference 2020

Effect of GaN Substrate Properties on Vertical GaN PiN Diode Electrical Performance

Neuer Inhalt