单层 WS₂的量子限域效应深刻地改变了其物理性质，在多个前沿科学与技术领域展现出独特的应用价值。
从电子结构层面来看，量子限域效应显著影响了单层 WS₂的能带结构。在体相 WS₂中，由于原子间的相互作用在三维空间广泛存在，电子的运动相对较为自由，能带结构呈现间接带隙特征。然而，当 WS₂被减薄至单层时，电子在垂直于层平面方向的运动受到强烈限制，如同被束缚在一个二维平面内。这种限域作用使得电子的波函数在垂直方向上发生量子化，导致能级结构发生变化。单层 WS₂从间接带隙转变为直接带隙，带隙宽度也有所增加，通常在 1.8 – 2.0 eV 之间，具体数值会因制备方法和外界环境等因素有所波动。直接带隙特性意味着电子在导带和价带之间跃迁时，无需借助声子的参与即可直接实现，大大提高了光吸收和发射效率。这一特性在光电器件领域具有极大的优势，例如在光电探测器中，单层 WS₂能够更高效地吸收光子并产生光生载流子，实现对光信号的快速响应，大幅提升探测器的灵敏度和响应速度。
在光学性质方面，量子限域效应赋予单层 WS₂独特的光吸收和发射特性。由于能带结构的改变，单层 WS₂对光的吸收光谱发生明显变化，在可见光范围内表现出强烈的吸收峰。而且，其光致发光（PL）特性也与体相有显著差异。体相 WS₂的 PL 强度较弱，而单层 WS₂由于量子限域增强了电子 – 空穴对的复合效率，PL 强度大幅提高。这种高效的光致发光特性使得单层 WS₂在发光二极管（LED）、生物荧光成像等领域具有巨大的应用潜力。在 LED 应用中，单层 WS₂可作为发光层材料，利用其高效的光发射能力实现高亮度、低能耗的发光效果。在生物荧光成像中，单层 WS₂的独特荧光特性可用于标记生物分子，通过检测其荧光信号来追踪生物分子的活动和分布，为生命科学研究提供了有力的工具。
量子限域效应还对单层 WS₂的电学性能产生重要影响。在二维平面内，电子的传输特性发生改变。由于电子在垂直方向的限域，电子在平面内的散射机制发生变化，电子迁移率有所提高。这使得单层 WS₂在二维电子器件中具有潜在应用价值，如用于制备高性能的场效应晶体管（FET）。在 FET 中，较高的电子迁移率能够提高器件的开关速度和电流导通能力，从而提升整个电路的运行效率。同时，量子限域效应还使得单层 WS₂对外部环境因素，如电场、磁场、温度等更加敏感。例如，当施加外部电场时，单层 WS₂的能带结构会发生变化，导致其电学性能显著改变，这种特性可用于制备高灵敏度的传感器，实现对微弱信号的精确检测。
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