Двумерные наноматериалы проявляют разнообразные пьезоэлектрические, электрические и оптоэлектрические свойства и потенциально могут быть использованы в датчиках деформации, гибких аккумуляторах энергии, гибких диодах, транзисторах, детекторах и диагностических устройствах. В предыдущих исследованиях основное внимание уделялось приложению механических нагрузок в направлении, перпендикулярном атомной плоскости двумерных материалов, с целью изучения изменений в гибких устройствах. Однако влияние нагрузки, направленной параллельно атомной плоскости, на оптические и опто‑механические свойства слоистых наноматериалов до сих пор не исследовалось. Чжан Чао и соавторы с помощью сканирующего зондового электрического зонда, оснащённого оптическим модулем, провели in situ‑исследование полупроводника с прямой запрещённой зоной — MoSe2. Они контактировали с образцом зондом и прикладывали механическую нагрузку в заданном направлении, наблюдая за соотношением фототока к тёмному току. Кроме того, на основе высокоразрешающих изображений и электронной дифракции был проведён системный анализ наблюдаемых явлений; в эксперименте главным образом сравнивались особенности фототока и его спектральные изменения у нанолистов MoSe2 при различных условиях деформации: изгибной деформации, осуществляемой перпендикулярно двумерной атомной плоскости, и краевой деформации, возникающей параллельно этой плоскости.

Исследование показало: эксперименты с изгибной деформацией приводят к стабильному незначительному увеличению фототока, тогда как деформация в виде острия, напротив, способствует возникновению нестабильных и несистематических изменений фототока, однако вызывает красное смещение спектра фототока. В дальнейшем авторы подтвердили полученные экспериментальные данные с помощью теоретических расчётов и установили, что изгибная деформация приводит к сужению запрещённой зоны, а переход образца из прямой в косвенную запрещённую зону становится всё более выраженным. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nano Letters под названием «Оптомеханические свойства нанолистов MoSe2, выявленные с помощью in situ‑трансмиссионной электронной микроскопии»; первым автором и одновременно соответствующим автором является Чжао Чжан из Квинслендского университета науки и технологий, а соавтором‑соответствующим автором — Дмитрий В. Гольберг.

　　Оригинальная ссылка: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.1c03796

Рис. В рамках настоящего исследования использовались возможности компании ZepTools Пико Фемто Серия ® — это образцовая стойка для in situ‑ТЭМ, обеспечивающая создание условий для проведения in situ‑исследований.

(a) Устройство для измерения фототока и спектроскопии фототока; (b–c) схематическое изображение методов деформации образца в эксперименте, которые авторы обозначили как «изгибная деформация» и «краевая деформация», соответственно.

(a–c) ТЭМ‑фотографии и данные дифракции образца MoSe2 в исходном состоянии, при изгибной деформации и после снятия нагрузки; (d–e) I–V‑кривые и данные фотоэлектрической реакции образцов в изогнутом и неизогнутом состояниях. (f) При изгибно‑сжимающих деформациях кристаллическая структура образца сохраняется в целом хорошо.

(a‑b) — на этих изображениях показаны ТЭМ‑фотографии образца при «деформации краёв»; на рис. c отмечено расщепление дифракционных пятен при той же деформации. (d‑e) — I‑V‑кривые при контакте Шоттки и зависимости фототоковой отклика от времени I‑t.

(a)Изгибная деформация (b)Краевая деформация