1. Decoupling Molybdenum Disulfide from Its Substrate by Cesium Intercalation
- Author
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Simone Lisi, Marco Bianchi, Olivier Geaymond, Valérie Guisset, Johann Coraux, Estelle Mazaleyrat, Ana Cristina Gómez Herrero, Van-Dung Nguyen, Gilles Renaud, Claude Chapelier, Roberto Sant, Matthieu Jamet, Philip Hofmann, Laurence Magaud, Philippe David, Yannick J. Dappe, Alain Marty, Systèmes hybrides de basse dimensionnalité (HYBRID), Institut Néel (NEEL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), PHotonique, ELectronique et Ingénierie QuantiqueS (PHELIQS), Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA), CRG et Grands Instruments (CRG), Epitaxie et couches minces (EpiCM), SPINtronique et TEchnologie des Composants (SPINTEC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité (LaTEQS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Groupe Modélisation et Théorie (GMT), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Service de physique de l'état condensé (SPEC - UMR3680), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interdisciplinary Nanoscience Center (iNANO), Aarhus University [Aarhus], Nanostructures et Rayonnement Synchrotron (NRS ), Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM), Systèmes hybrides de basse dimensionnalité (NEEL - HYBRID), CRG & Grands instruments (NEEL - CRG), Epitaxie et couches minces (NEEL- EpiCM), Service de physique de l'état condensé (SPEC - UMR3680), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
- Subjects
Materials science ,Intercalation (chemistry) ,Surface X-ray Diffraction ,chemistry.chemical_element ,FOS: Physical sciences ,02 engineering and technology ,010402 general chemistry ,01 natural sciences ,chemistry.chemical_compound ,Molybdenum Disulfide ,Transition metal ,Intercalation ,Lamellar structure ,Physical and Theoretical Chemistry ,Molybdenum disulfide ,Condensed Matter - Materials Science ,Substrate (chemistry) ,Materials Science (cond-mat.mtrl-sci) ,021001 nanoscience & nanotechnology ,0104 chemical sciences ,Surfaces, Coatings and Films ,Electronic, Optical and Magnetic Materials ,Crystallography ,General Energy ,chemistry ,Scanning Tunneling Microscopy ,Caesium ,Density functional theory ,[PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci] ,0210 nano-technology ,Decoupling (electronics) - Abstract
Intercalation of alkali atoms within the lamellar transition metal dichalcogenides is a possible route toward a new generation of batteries. It is also a way to induce structural phase transitions authorizing the realization of optical and electrical switches in this class of materials. The process of intercalation has been mostly studied in three-dimensional dichalcogenide films. Here, we address the case of a single-layer of molybdenum disulfide (MoS$_2$), deposited on a gold substrate, and intercalated with cesium (Cs) in ultra-clean conditions (ultrahigh vacuum). We show that intercalation decouples MoS$_2$ from its substrate. We reveal electron transfer from Cs to MoS$_2$, relative changes in the energy of the valence band maxima, and electronic disorder induced by structural disorder in the intercalated Cs layer. Besides, we find an abnormal lattice expansion of MoS$_2$, which we relate to immediate vicinity of Cs. Intercalation is thermally activated, and so is the reverse process of de-intercalation. Our work opens the route to a microscopic understanding of a process of relevance in several possible future technologies, and shows a way to manipulate the properties of two-dimensional dichalcogenides by "under-cover" functionalization., Comment: 6 figures
- Published
- 2020
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