Ultrafast anisotropic exciton dynamics in patterned MoS2 nanosheets

Molybdenum disulfide (MoS2) belongs to the transition metal dichalcogenides (TMDs). The few layer TMD materials have already shown potential application in transistors and photodetectors. It is possible to tune the band gap energy by tuning the layer number or by introducing a controlled shape anisotropy. We study a few-layer anisotropic MoS2 nanosheets (cm2 scale) deposit by CVD on a template that has been textured with a uniaxial ripple pattern by defocused ion beam sputtering (IBS) through a self-organized stencil mask; we take the isotropic flat-shaped two-dimensional molybdenum disulfide (MoS2) nanosheet as the reference. We study the exciton behavior via ultrafast pump-probe spectroscopy, especially for C and D peak which are mostly unexplored. We found that both C and D peak show the anisotropic exciton response, also the transient transition signal of the characteristic peak is different depending on the pump energy.

Il disolfuro di molibdeno (MoS2) appartiene alla famiglia dei dicalcogenuri di metalli di transizione (TMDs). Tali materiali, costituiti da pochi strati atomici, hanno già avuto potenziali applicazioni come transistor o come rivelatori fotoelettrici. In particolare si è mostrato che è possibile modificare la loro struttura elettronica in funzione del numero di strati atomici o introducendo in modo controllato una anisotropia nella disposizione spaziale degli stessi. Abbiamo analizzato una sistema costituito da alcuni strati di disolfuro di molibdeno depositati tramite deposizione chimica da vapore (CVD) su di un sustrato anisotropo dotato di una nano-strutturazione uniassiale. Prendendo come riferimento un sistema simile depositato su di un substrato non nano-strutturato abbiamo studiato mediante la tecnica di spettroscopia pump-probe come i processi foto-fisici ultraveloci sono influenzati dalla presenza del substrato anisotropo. I risultati sperimentali mostrano che le risonanze eccitoniche note come C e D, fino ad oggi poco esplorate, presentano una risposta fortemente dipendente dalla nano-strutturazione del substrato e dalle condizioni di eccitazione.