Image optique de la région MoS2
Cartographie de la région avec image optique (à gauche) et image multivariée Raman CLS ajustée (à droite). Le nombre de couches est indiqué sur l'image Raman.
Spectre basse fréquence (région à 5 couches) montrant les pics distincts du mode de cisaillement.
Le MoS2 présente une structure en couches similaire au graphène et peut donc être utilisé comme lubrifiant sous forme massive ; en tant que structure 2D, il présente de nouvelles propriétés intéressantes avec des applications possibles dans la production de transistors rapides et de photodétecteurs.
La spectroscopie Raman permet de caractériser la structure cristalline et, en particulier, le nombre de couches (sachant que la « couche unique » est constituée de trois couches atomiques S-Mo-S). La méthode Raman « classique » utilise l'ajustement des deux pics haute fréquence entre 380 cm-1 et 415 cm-1, puis le calcul de la différence entre leurs positions ; cette différence correspond au nombre de couches. La difficulté réside dans le fait que cette différence diminue à mesure que le nombre de couches augmente, ce qui nuit au contraste de l'image.
Les pics basse fréquence (issus des modes de cisaillement) dans la région inférieure à 35 cm-1 sont bien mieux résolus, et même une simple analyse au curseur produit des résultats facilement interprétables. Le problème est qu'un mode de cisaillement étant un mode issu de l'interaction de deux couches, il est impossible d'observer des régions monocouches.
Le module ULF (Ultra Low Frequency) d'HORIBA permet d'enregistrer facilement des données comprenant les modes haute et basse fréquence. Une analyse multivariée ultérieure permet d'obtenir des images très contrastées, comme celles présentées ici, bénéficiant d'un contraste élevé (à partir des modes à basse fréquence) et incluant la distribution des monocouches (à partir des modes à haute fréquence).
Échantillon gracieusement fourni par A. Shukla, IMPMC, Université Pierre et Marie Curie, France.
Référence : M. Boukhicha et al., Phys. Rev. B, 2013, 87, 195316