《Optical Materials》：Upconversion photoluminescence in WSSe alloy monolayer under uniaxial tensile strain
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单层过渡金属二硫属化物合金（1L-TMD合金）的应变调谐上转换光致发光（UPL）特性研究显示，在单轴拉伸应变0%-1.02%范围内，UPL发射峰红移25.6 nm，强度指数增长，表明其多声子介导的单光子上转换过程。该发现为开发应变可调柔性光电子器件奠定基础。
Shrawan Roy|Jie Gao|Xiaodong Yang
密苏里科技大学机械与航空航天工程系，罗拉，MO，65409，美国
摘要
通过施加机械应变，可以有效地调节单层过渡金属硫属化物（1L-TMDs）的光学响应。在本研究中，我们探讨了通过施加单轴拉伸应变来调节1L-WSSe合金的上转换光致发光（UPL）发射。当单轴拉伸应变从0%变化到1.02%时，UPL发射的峰值位置向红移了约25.6纳米，且随着上转换能量差从-197 meV变化到-131 meV，UPL强度呈指数函数增加。1L-WSSe合金中UPL发射的亚线性功率依赖性表明其涉及多声子介导的上转换过程，且每次转换需要一个光子。这种可调节应变的UPL发射特性将为上转换光子器件和柔性光电子学领域的发展提供新的应用前景。
引言
单层过渡金属硫属化物（1L-TMDs），包括WS2、WSe2、MoS2和MoSe2，是亚纳米厚的直接带隙二维半导体材料，具有有趣的光学和光电特性[[1], [2], [3], [4]]。这些特性可以通过混合不同浓度的过渡金属原子（Mo(1-y)WySe2和Mo(1-y)WyS2 [[5], [6], [7]]或硫属原子（MoS2(1-x)Se2x和WS2(1-x)Se2x [[8], [9], [10]]来进一步优化。特别是1L-WS2(1-x)Se2x是一种独特的合金，其带隙在室温下可以通过改变合金化学成分在1.65 eV（1L-WSe2）到2.0 eV（1L-WS2
本文展示了在单轴拉伸应变下通过机械剥离制备的1L-WSSe合金的UPL发射特性，以及应变调节的光致发光（PL）特性。使用三点弯曲装置对转移到柔性PC基底上的1L-WSSe合金施加单轴拉伸应变。当1L-WSSe合金上的单轴拉伸应变从0%变化到1.02%时，UPL发射的峰值位置向红移了约25.6纳米，对应于65.1 meV/%应变的应变调节系数；在761 nm激发下，随着上转换能量差从-197 meV变化到-131 meV，UPL强度呈指数函数增加4.9倍。1L-WSSe合金中UPL发射的亚线性功率依赖性表明其涉及多声子介导的上转换过程，且每次转换需要一个光子。这些结果为基于TMD合金的未来应变可调和可切换的上转换光子器件及柔性光电子学的发展提供了新的可能性。
章节摘录
XPS分析和转移到PC基底上的1L-WSSe合金
使用X射线光电子能谱（XPS）对通过通量区法（2D Semiconductors）制备的块状WSSe晶体（x ≈ 0.5）机械剥离得到的WSSe合金薄片进行了化学成分分析。图1(a)–(c)显示了W 4f、S 2p、Se 3p和Se 3d结合能区域的高分辨率XPS光谱及相应的拟合峰。如图1(a)所示，获得了W 4f7/2、W 4f5/2和W 5p3/2的特征峰。
单轴应变下1L-WSSe合金的UPL发射
使用连续波532 nm激光器，通过一个NA = 0.42的长工作距离物镜收集从1L-WSSe合金薄片反射的信号，并与光学光谱仪（Horiba, iHR 550）和532 nm长通边缘滤光片耦合，获得了1L-WSSe合金薄片在矩形PC基底上的拉曼光谱。图3绘制了1L-WSSe合金薄片的拉曼光谱，其中包含了1L-WSSe合金在室温下的所有六个独特特征声子振动模式。
结论
本文展示了在室温下单轴拉伸应变下，柔性基底上1L-WSSe合金薄片的UPL发射特性。当1L-WSSe合金上的单轴拉伸应变从0%变化到1.02%时，761 nm波长处UPL发射的峰值位置向红移了约25.6纳米，对应于65.1 meV/%应变的应变调节系数。1L-WSSe合金中的UPL强度随施加的应变呈指数函数增加。
CRediT作者贡献声明
Shrawan Roy：撰写——原始草稿，正式分析。Jie Gao：撰写——审阅与编辑，研究，概念化。Xiaodong Yang：撰写——审阅与编辑，研究，概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢DARPA（W911NF2110353）的支持。作者还感谢Brian Porter和Md. Kazi Rokunuzzaman在获取XPS数据方面提供的帮助。
