إجراء التصنيع الأمثل لأجهزة Moiré Superlattice عالية الجودة القائمة على الجرافين

يركز بحثنا على الخصائص الإلكترونية الكمومية للمواد ثنائية الأبعاد وهياكلها غير المتجانسة ، بهدف اكتشاف الظواهر الكمومية الجديدة والتحقيق فيها وتطوير أجهزة إلكترونية جديدة. لقد كنا روادا في مجال الدوران الملتوي ، حيث تتغير خصائص الهياكل غير المتجانسة للمواد ثنائية الأبعاد كدالة للزاوية بين الطبقات. كان الاكتشاف الأكثر تأثيرا هو الاتصال الفائق في تصوير الأوعية السحرية.

يظل تحقيق زاوية الالتواء الدقيقة أمرا صعبا بسبب اضطراب إجهاد السخان واسترخاء الشبكة الذي يتم إدخاله أثناء عملية التصنيع النانوي ، مما يؤدي غالبا إلى ابتكار التجانس والحد من قابلية التكاثر عبر العينات. يعكس هذا البروتوكول تجربتنا في تحسين كل خطوة تصنيع لتحسين التوحيد والإنتاجية ، مما يمكن المزيد من الباحثين من بناء أجهزة تموج تموج الجرافين عالية الجودة بشكل موثوق ، وتسريع التقدم في هذا المجال.

[الراوي] للبدء ، ضع رقاقة الجرافين على مرحلة العينة من إعداد النقل ، مدمجة مع ليزر فائق الاستمرارية. استخدم نظرة خاطفة لجعل نافذة Inkscape شبه شفافة أثناء الطفو فوق نافذة الكاميرا. استخدم وظيفة رسم منحنيات BZA والخطوط المستقيمة في Inkscape لتحديد حدود الجرافين وخطوط القطع بالليزر المخطط لها. الآن قم بتشغيل الليزر وزيادة شدته حتى تصبح بقعة الشعاع مرئية. اضبط مرحلة العينة لمحاذاة بقعة الشعاع مع بداية خط القطع بالليزر المخطط له. بعد ذلك ، حرك مرحلة العينة لتوجيه بقعة الشعاع على طول خط القطع بالليزر المخطط له. بعد تصفير شدة الليزر ، افحص خط القطع بالليزر. كرر الخطوات حتى يتم قطع جميع الخطوط المخطط لها بالليزر. لالتقاط رقائق نتريت البورون السداسية العلوية ، اضبط اتجاه القشرة حتى تصبح الحافة المستقيمة عمودية وموضوعة على الجانب الأيمن. قم بتثبيت الشريحة الزجاجية برفق باستخدام طابع الكمبيوتر الشخصي و PDMS داخل المقبس بزاوية إمالة لأسفل من درجتين إلى ثلاث درجات. حرك المقبس إلى اليسار باستخدام الدرج المنزلق حتى يتم وضع الشريحة الزجاجية فوق رقاقة العينة، ثم قم بتثبيتها يدويا في مكانها. بعد ضبط درجة حرارة مرحلة العينة على 50 درجة مئوية ، قم بتشغيل الشريحة الزجاجية لأسفل باستخدام مشغل الاتجاه Z. ركز المجهر على فيلم البولي كربونات وافحص نظافة السطح. انقل رقائق نيتريد البورون السداسية إلى المنطقة النظيفة المحددة وقم بإشراك الشريحة لأسفل. الآن قم بتثبيت الختم على الرقاقة بسرعة خمسة ميكرومتر في الثانية ، حتى يغطي بالكامل رقائق نيتريد البورون السداسية ، ثم اضبط درجة حرارة مرحلة العينة على 80 درجة مئوية. بعد أن تصل درجة حرارة مرحلة العينة إلى 80 درجة مئوية ، قم بفصل الطابع بخمسة ميكرومتر في الثانية حتى تقترب واجهة الموجة من الحافة المستقيمة لنتريت البورون السداسية ، ثم التقط الرقائق بسرعة مخفضة تبلغ ميكرومترين في الثانية. بمجرد التقاطها ، قم بزيادة السرعة إلى خمسة ميكرومتر في الثانية لفصل فيلم البولي كربونات عن الرقاقة. قم بإيقاف تشغيل سخان المسرح وافتح نظام تبريد المياه. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من 45 درجة مئوية ، أغلق نظام تبريد المياه. افصل الشريحة الزجاجية لأعلى بسرعة ملليمتر واحد في الثانية. ضع الرقاقة مع الجرافين المقطوع حديثا بالليزر على مرحلة العينة ، وحدد موقع الجرافين باستخدام هدف 10X. اضبط اتجاه التقشر بحيث تكون خطوط القطع بالليزر موازية للحافة المستقيمة لنيتريد البورون السداسية. حدد حدود الجرافين في Inkscape ، بما في ذلك خطوط القطع بالليزر. الآن حرك الشريحة الزجاجية مع رقائق نيتريد البورون السداسية العلوية إلى موضع التعشيق المسبق مع ختم الكمبيوتر الشخصي و PDMS ملليمترين فوق رقاقة الجرافين. قم بمحاذاة الحافة المستقيمة للتقشر مع مركز خط القطع بالليزر لتتناسب مع نيتريد البورون السداسي مع رسم الجرافين. اضبط المجهر للتركيز على الجرافين ومواءمته مع رسم Inkscape الخاص به. ثم ركز على التقشر العلوي وحرك الشريحة الزجاجية في اتجاه XY لمحاذاتها مع رسمها. بعد إعادة التركيز على مستوى بؤري أعلى قليلا من الجرافين المقطوع مسبقا ، قم بتعطيم الشريحة الزجاجية لأسفل بسرعة 0.1 ملم في الثانية حتى يتم التركيز على التقشر العلوي. أعد التركيز على الجرافين ، واضبط السرعة على خمسة ميكرومتر في الثانية. قم بتعطيش الختم ببطء حتى تصبح القشرة مرئية تقريبا مع ضمان عدم ملامسة الرقاقة. استمر في تعشيق الختم لأسفل حتى يتصل بالرقاقة. قم بتعشيق الختم بسرعة 0.5 ميكرومتر في الثانية حتى تقترب واجهة الموجة من الحافة اليسرى للتقشر. قلل السرعة 0.02 ميكرومتر في الثانية ، واستمر في المشاركة للاتصال بقطعة الجرافين الأولى. بمجرد أن تغطي القشرة قطعة الجرافين الأولى بالكامل ويتم تثبيتها على الحافة المستقيمة ، أوقف الاشتباك. قم بإزالة التباطؤ عن طريق تحريك المرحلة لأعلى بسرعة خمسة ميكرومتر في الثانية حتى تبدأ واجهة الموجة في التراجع. اضبط سرعة فك الارتباط تبلغ 0.02 ميكرومتر في الثانية لالتقاط الجرافين برفق. عندما تبتعد واجهة الموجة عن الرقائق ، قم بزيادة السرعة إلى خمسة ميكرومتر في الثانية لفصل الختم تماما عن الرقاقة. الآن انسخ رسم الجرافين بالكامل في Inkscape ، وقم بتدويره بزاوية الالتواء المطلوبة. قم بمحاذاة قطعة الجرافين الثانية في رسم النسخ مع القطعة الأولى في الرسم الأصلي لزيادة التداخل. قم بتدوير العينة بزاوية الالتواء المطلوبة. قم بمحاذاة الجرافين المتبقي على الرقاقة مع الرسم المنسوخ. ركز على رقائق نيتريد البورون السداسية العلوية على الشريحة الزجاجية وقم بمحاذاة الرسم. بعد محاذاة الرقائق مع الرسومات ، كرر الخطوات الموضحة لالتقاط الجرافين المتبقي. بمجرد التقاطها ، افحص جودة المكدس العلوي تحت المجهر. ضع الرقاقة مع البوابة السفلية النظيفة مسبقا والخالية من الفقاعات على مرحلة العينة. حدد حدود البوابة السفلية باستخدام Inkscape. قم بمحاذاة رسم المكدس العلوي مع رسم البوابة السفلية لوضع الجرافين ثنائي الطبقة الملتوي على إصبع الجرافيت. اضبط درجة حرارة مرحلة العينة على 160 درجة مئوية لتمزيق فيلم البولي كربونات بعد التغليف ، ثم قم بتحميل الشريحة الزجاجية بالمكدس العلوي ، وانقلها إلى وضع التعشيق المسبق. قم بمحاذاة كل من البوابة السفلية والمكدس العلوي تقريبا مع الرسومات. ركز على البوابة السفلية ، ثم ارفع المستوى البؤري قليلا. حدد مستوى بؤري وسطى آخر بين البوابة السفلية والمكدس العلوي ، ثم اضبط السرعة على خمسة ميكرومتر في الثانية ، وقم بتشغيل الختم حتى يصبح المكدس العلوي مرئيا. قم بمحاذاة كلاهما مع الرسومات بدقة. عندما تكون مرحلة العينة أعلى من 150 درجة مئوية ، قم بتشغيل الطابع بسرعة خمسة ميكرومتر في الثانية حتى تقترب واجهة الموجة من البوابة السفلية ، ثم قلل السرعة إلى 0.5 ميكرومتر في الثانية. قم بإشراك المكدس العلوي ببطء على البوابة السفلية. بمجرد أن تمر واجهة الموجة بالكومة العلوية ، قم بزيادة السرعة مرة أخرى إلى خمسة ميكرومتر في الثانية لإشراك الختم بالكامل على الرقاقة ، ثم قم بفك الطابع بمعدل خمسة ميكرومتر في الثانية. بعد فصل الختم بالكامل عن الرقاقة ، ارفع الختم لأعلى لمدة ثلاث ثوان بمعدل خمسة ميكرومتر في الثانية. ابدأ في تحريكه في اتجاهات XY لتمزيق فيلم البولي كربونات. قم بفك الشريحة الزجاجية بالكامل بسرعة ملليمتر واحد في الثانية وقم بإزالتها من المقبس. قم بإيقاف تشغيل سخان المسرح وتنشيط نظام تبريد المياه. بمجرد أن تنخفض درجة الحرارة إلى درجة حرارة الغرفة ، قم بإزالة الرقاقة وفحصها تحت المجهر البصري. ظهرت مراوح الأرض المتدهورة أربعة أضعاف من كل من نقطة حيادية الشحنة والفجوات الشبكية الفائقة في جهاز الجرافين ثنائي الطبقة الملتوي ذو الزاوية السحرية عالية الجودة ، مما أدى إلى تنكسات مزدوجة أو مزدوجة في المجالات المغناطيسية الأعلى. تم تحديد التماثل المكسور المزدوج المتدهور للأرض في حالات التعبئة النصفية ، مما يشير إلى سلوك العزل المرتبط. كانت القبة فائقة التوصيل تقع أسفل مروحة الأرض حول حالة نصف الملء. كشفت قياسات المقاومة المعتمدة على درجة الحرارة عن قبتين فائقتين في كلا جانبي حالة نصف التعبئة ، حيث تصل درجة الحرارة الحرجة القصوى إلى حوالي 1.7 كلفن. من بين 14 جهازا تم قياسه ، بلغت درجة الحرارة الحرجة المثلى ذروتها عند زاوية الالتواء بالقرب من 1.08 درجة ، بما يتفق مع التنبؤات النظرية. أظهرت الأجهزة المشوشة بالقرب من الزاوية السحرية درجات حرارة حرجة منخفضة بشكل كبير مقارنة بالأجهزة عالية الجودة ، كما يتضح من مقاومتها مقابل ملفات تعريف درجة الحرارة. تؤكد هذه الملاحظات على أهمية تحسين إجراء التصنيع لتحقيق أجهزة Moire الشبكية الفائقة القائمة على الجرافين عالية الجودة.