Wu, Kedi, Chen, Bin, Yang, Sijie, Wang, Gang, Kong, Wilson, Cai, Hui, Aoki, Toshihiro, Soignard, Emmanuel, Marie, Xavier, Yano, Aliya, Suslu, Aslihan, Urbaszek, Bernhard, Tongay, Sefaattin, ASU - School for Engineering of Matter, Transport and Energy, Arizona State University [Tempe] (ASU), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), LeRoy Eyring Center for Solid State Science, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
International audience; Recent studies have shown that vapor phase synthesis of structurally isotropic two-dimensional (2D) MoS2 and WS2 produces well-defined domains with clean grain boundaries (GBs). This is anticipated to be vastly different for 2D anisotropic materials like ReS2 mainly due to large anisotropy in interfacial energy imposed by its distorted 1T crystal structure and formation of signature Re-chains along [010] b-axis direction. Here, we provide first insight on domain architecture on chemical vapor deposited (CVD) ReS2 domains using high-resolution scanning transmission electron microscopy, angle-resolved nano-Raman spectroscopy, reflectivity, and atomic force microscopy measurements. Results provide ways to achieve crystalline anisotropy in CVD ReS2, establish domain architecture of high symmetry ReS2 flakes, and determine Re-chain orientation within subdomains. Results also provide a first atomic resolution look at ReS2 GBs, and surprisingly we find that cluster and vacancy defects, formed by collusion of Re-chains at the GBs, dramatically impact the crystal structure by changing the Re-chain direction and rotating Re-chains 180° along their b-axis. Overall results not only shed first light on domain architecture and structure of anisotropic 2D systems but also allow one to attain much desired crystalline anisotropy in CVD grown ReS2 for the first time for tangible applications in photonics and optoelectronics where direction-dependent dichroic and linearly polarized material properties are required.