原子层面解析单层 WS2在贵金属表面拉曼特征，为二维材料研究破局

在过渡金属二硫属化物（TMDs）研究中，TERS 技术虽强大，但贵金属与 TMDs 直接接触会干扰拉曼光谱。研究人员研究了单层 WS2在 Au (001)、Au (111) 和 Ag (111) 表面的拉曼光谱，发现不同生长条件下光谱有差异，为 TMDs 拉曼分析提供新方法。

　　在材料科学的微观研究领域，二维材料的特性探索一直是热门话题。过渡金属二硫属化物（TMDs）作为一类重要的分层材料，在众多领域有着广泛的应用前景，比如在电子器件、传感器、能源存储等方面都展现出巨大潜力。而要充分挖掘这些潜力，精准掌握其微观特性至关重要。

尖端增强拉曼光谱（TERS）技术，就像是微观世界的 “放大镜”，能帮助科研人员探测 TMDs 的缺陷、应变、掺杂水平以及界面区域等关键信息。在 TERS 实验中，经常会用到贵金属基底和探针，这是因为它们之间的纳米间隙能产生强烈的局部表面等离子体共振，从而使 TERS 增强效果显著，增强倍数可达 10⁸ - 10⁹。然而，硬币都有两面，TMDs 与贵金属直接接触时，却会给拉曼光谱带来一些 “麻烦”。例如，转移到金表面的 MoS₂和 WS₂的 A₁' 峰，相较于独立状态或在 SiO₂支撑下的样品，会发生约 9 cm^-1的红移。这背后的原因可能是电荷掺杂，也可能是金属接触导致的 Mo (W) - S 键弱化。此外，等离子体 - 声子耦合、点缺陷以及多声子拉曼过程等因素，还会在红移的 A₁' 峰附近激发出新的振动模式，使得光谱变得更加复杂难懂。而且，由于接触类型多种多样，从纳米颗粒到单晶、多晶基底，再加上样品制备方法各不相同，这就导致不同研究中 WS₂在金表面的拉曼特征很不一致，想要准确获取与金属接触的 TMDs 的振动特性变得困难重重。

为了突破这些困境，来自国内的研究人员踏上了探索之旅。他们聚焦于单层 WS₂在单晶 Au (001)、Au (111) 和 Ag (111) 表面的拉曼光谱研究。这项研究成果发表在《Applied Surface Science》上，为该领域带来了新的曙光。

研究人员开展这项研究时，用到了几个关键技术方法。首先是超高真空（UHV）技术，在超高真空环境下，能有效避免外界杂质干扰，保证实验环境的纯净。其次是扫描隧道显微镜（STM），它可以直观地观察材料表面的微观结构，为研究提供可视化依据。另外，TERS 技术则用于获取拉曼光谱数据，分析材料的振动特性。

下面来看具体的研究结果：

• 材料制备与表面形貌：研究人员在超高真空条件下，通过反复的 Ar⁺离子溅射和退火处理，制备出了清洁的 Au (111) 和 Ag (111) 表面。然后在 H₂S 环境中，利用电子束升华高纯度钨棒，在 Au (111)、Au (001) 和 Ag (111) 表面生长出单层 WS₂岛。STM 图像显示，单层 WS₂在 Au (111) 表面呈现出六边形的莫尔图案，而在 Au (001) 表面则显示出交替的亮暗条纹。
• 拉曼光谱特征：TERS 光谱结果显示，在 Au (111) 表面生长的 WS₂有两个特征峰，频率分别为 410 cm^-1和 414 cm^-1，标记为 f_L和 f_H，这两个峰在整个超结构中的位置保持不变，但相对强度有所不同，f_H的强度略高于 f_L。在 Ag (111) 表面生长的 WS₂，远场拉曼光谱中也出现了额外的峰。然而，当 WS₂转移到 Ag (111) 表面且晶格相对于 Ag (111) 表面旋转约 15° 时，这些额外的峰就消失了。在 Au (001) 表面生长的 WS₂，无论是 TERS 光谱还是远场拉曼光谱，都没有出现类似 Au (111) 和 Ag (111) 表面生长样品的额外峰，远场拉曼光谱仅显示一个宽泛的 A₁' 峰，没有明显的子结构。

综合研究结果，研究人员得出结论：在 Au (111) 和 Ag (111) 表面生长的 WS₂，其 TERS 光谱在 A₁' 模式附近会出现额外的峰，而在 Au (001) 表面生长的 WS₂则没有这种现象。在 Ag (111) 表面，WS₂生长和转移两种状态下的拉曼光谱差异明显，这与 WS₂晶格的取向有关。

这项研究的意义非凡。它为减少金属接触诱导的光谱复杂性提供了有效途径，使得科研人员在分析与贵金属表面接触的 TMDs 的电荷转移、应变和缺陷效应时，能更加准确可靠。这不仅有助于深入理解 TMDs 与贵金属之间的相互作用机制，还为 TMDs 在实际应用中的性能优化提供了理论支持，推动了二维材料在电子、能源等领域的进一步发展，为相关领域的科研工作者开辟了新的研究思路和方向。