Name: 高质量基于石墨烯的莫尔条纹超晶格器件的优化制造工艺 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-07-11T13:10:00.000+00:00
Duration: 11 min 24 s
Description: 学习优化石墨烯莫尔超晶格器件的制造工艺，通过改进干法转移技术提高器件均匀性和产率。该方法解决了纳米加工中的应变无序和晶格弛豫挑战，为量子材料研究提供可靠支持。

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作者们衷心感谢Jarillo-Herrero课题组所有现任和前任成员在开发和优化制备方案方面所做的贡献。本工作主要由美国陆军研究办公室MURI项目（W911NF2120147）资助，同时得到了2DMAGIC MURI项目（FA9550-19-1-0390）、麻省理工学院/微系统技术实验室三星半导体研究基金、Sagol WIS-MIT桥梁计划、美国国家科学基金会（DMR-1809802）、戈登与贝蒂·摩尔基金会EPiQS计划（资助号GBMF9463）以及拉蒙·阿塞斯基金会的资助。本研究利用了哈佛大学纳米系统中心的设施，该中心由美国国家科学基金会（ECS-0335765）支持。

<ol><li>Cao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlated+insulator+behaviour+at+half-filling+in+magic-angle+graphene+superlattices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices.</a> Nature. 556 (7699), 80-84 (2018).</li>
<li>Cao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unconventional+superconductivity+in+magic-angle+graphene+superlattices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices.</a> Nature. 556 (7699), 43-50 (2018).</li>
<li>Andrei, E. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+marvels+of+moir%C3%A9+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Mater%22%5BJournal%5D)">The marvels of moiré materials.</a> Nat Rev Mater. 6 (3), 201-206 (2021).</li>
<li>Chen, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evidence+of+a+gate-tunable+Mott+insulator+in+a+trilayer+graphene+moir%C3%A9+superlattice%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Phys%22%5BJournal%5D)">Evidence of a gate-tunable Mott insulator in a trilayer graphene moiré superlattice.</a> Nat Phys. 15 (3), 237-241 (2019).</li>
<li>Burg, G. W., Zhu, J., Taniguchi, T., Watanabe, K., MacDonald, A. H., Tutuc, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlated+insulating+states+in+twisted+double+bilayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">Correlated insulating states in twisted double bilayer graphene.</a> Phys Rev Lett. 123 (19), 197702(2019).</li>
<li>Cao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+correlated+states+and+spin-polarized+phases+in+twisted+bilayer-bilayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Tunable correlated states and spin-polarized phases in twisted bilayer-bilayer graphene.</a> Nature. 583 (7815), 215-220 (2020).</li>
<li>Shen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlated+states+in+twisted+double+bilayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Phys%22%5BJournal%5D)">Correlated states in twisted double bilayer graphene.</a> Nat Phys. 16 (5), 520-525 (2020).</li>
<li>Liu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+spin-polarized+correlated+states+in+twisted+double+bilayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Tunable spin-polarized correlated states in twisted double bilayer graphene.</a> Nature. 583 (7815), 221-225 (2020).</li>
<li>He, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Symmetry+breaking+in+twisted+double+bilayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Phys%22%5BJournal%5D)">Symmetry breaking in twisted double bilayer graphene.</a> Nat Phys. 17 (1), 26-30 (2021).</li>
<li>Park, J. M., Cao, Y., Watanabe, K., Taniguchi, T., Jarillo-Herrero, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+strongly+coupled+superconductivity+in+magic-angle+twisted+trilayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Tunable strongly coupled superconductivity in magic-angle twisted trilayer graphene.</a> Nature. 590 (7845), 249-255 (2021).</li>
<li>Cao, Y., Park, J. M., Watanabe, K., Taniguchi, T., Jarillo-Herrero, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pauli-limit+violation+and+re-entrant+superconductivity+in+moir%C3%A9+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Pauli-limit violation and re-entrant superconductivity in moiré graphene.</a> Nature. 595 (7868), 526-531 (2021).</li>
<li>Hao, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electric+field-tunable+superconductivity+in+alternating-twist+magic-angle+trilayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Electric field-tunable superconductivity in alternating-twist magic-angle trilayer graphene.</a> Science. 371 (6534), 1133-1138 (2021).</li>
<li>Park, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robust+superconductivity+in+magic-angle+multilayer+graphene+family%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">Robust superconductivity in magic-angle multilayer graphene family.</a> Nat Mater. 21 (8), 877-883 (2022).</li>
<li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Promotion+of+superconductivity+in+magic-angle+graphene+multilayers%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Promotion of superconductivity in magic-angle graphene multilayers.</a> Science. 377 (6614), 1538-1543 (2022).</li>
<li>Cao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nematicity+and+competing+orders+in+superconducting+magic-angle+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Nematicity and competing orders in superconducting magic-angle graphene.</a> Science. 372 (6539), 264-271 (2021).</li>
<li>Sharpe, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emergent+ferromagnetism+near+three-quarters+filling+in+twisted+bilayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Emergent ferromagnetism near three-quarters filling in twisted bilayer graphene.</a> Science. 365 (6453), 605-608 (2019).</li>
<li>Serlin, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrinsic+quantized+anomalous+Hall+effect+in+a+moir%C3%A9+heterostructure%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Intrinsic quantized anomalous Hall effect in a moiré heterostructure.</a> Science. 367 (6480), 900-903 (2020).</li>
<li>Chen, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+correlated+Chern+insulator+and+ferromagnetism+in+a+moir%C3%A9+superlattice%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Tunable correlated Chern insulator and ferromagnetism in a moiré superlattice.</a> Nature. 579 (7797), 56-61 (2020).</li>
<li>De Sanctis, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strain-engineering+of+twist-angle+in+graphene%2FhBN+superlattice+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Strain-engineering of twist-angle in graphene/hBN superlattice devices.</a> Nano Lett. 18 (12), 7919-7926 (2018).</li>
<li>Kazmierczak, N. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strain+fields+in+twisted+bilayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">Strain fields in twisted bilayer graphene.</a> Nat Mater. 20 (7), 956-963 (2021).</li>
<li>Beechem, T. E., Ohta, T., Diaconescu, B., Robinson, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rotational+disorder+in+twisted+bilayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Rotational disorder in twisted bilayer graphene.</a> ACS Nano. 8 (2), 1655-1663 (2014).</li>
<li>Uri, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+the+twist-angle+disorder+and+Landau+levels+in+magic-angle+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Mapping the twist-angle disorder and Landau levels in magic-angle graphene.</a> Nature. 581 (7806), 47-52 (2020).</li>
<li>Zondiner, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cascade+of+phase+transitions+and+Dirac+revivals+in+magic-angle+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Cascade of phase transitions and Dirac revivals in magic-angle graphene.</a> Nature. 582 (7811), 203-208 (2020).</li>
<li>Wang, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermally+induced+graphene+rotation+on+hexagonal+boron+nitride%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">Thermally induced graphene rotation on hexagonal boron nitride.</a> Phys Rev Lett. 116 (12), 126101(2016).</li>
<li>Woods, C. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Macroscopic+self-reorientation+of+interacting+two-dimensional+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Macroscopic self-reorientation of interacting two-dimensional crystals.</a> Nat Commun. 7 (1), 10800(2016).</li>
<li>Lau, C. N., Bockrath, M. W., Mak, K. F., Zhang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reproducibility+in+the+fabrication+and+physics+of+moir%C3%A9+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Reproducibility in the fabrication and physics of moiré materials.</a> Nature. 602 (7895), 41-50 (2022).</li>
<li>Castellanos-Gomez, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deterministic+transfer+of+two-dimensional+materials+by+all-dry+viscoelastic+stamping%5BTitle%5D)+AND+%222D+Mater%22%5BJournal%5D)">Deterministic transfer of two-dimensional materials by all-dry viscoelastic stamping.</a> 2D Mater. 1 (1), 011002(2014).</li>
<li>Zomer, P. J., Guimarães, M. H. D., Brant, J. C., Tombros, N., van Wees, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+pick+up+technique+for+high+quality+heterostructures+of+bilayer+graphene+and+hexagonal+boron+nitride%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Fast pick up technique for high quality heterostructures of bilayer graphene and hexagonal boron nitride.</a> Appl Phys Lett. 105 (1), 013101(2014).</li>
<li>Wang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-dimensional+electrical+contact+to+a+two-dimensional+material%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">One-dimensional electrical contact to a two-dimensional material.</a> Science. 342 (6158), 614-617 (2013).</li>
<li>Bistritzer, R., MacDonald, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Moir%C3%A9+bands+in+twisted+double-layer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Moiré bands in twisted double-layer graphene.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 108 (30), 12233-12237 (2011).</li>
<li>Uri, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superconductivity+and+strong+interactions+in+a+tunable+moir%C3%A9+quasicrystal%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Superconductivity and strong interactions in a tunable moiré quasicrystal.</a> Nature. 620 (7975), 762-767 (2023).</li>
<li>Xia, L. -Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Topological+bands+and+correlated+states+in+helical+trilayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Phys%22%5BJournal%5D)">Topological bands and correlated states in helical trilayer graphene.</a> Nat Phys. 21 (2), 239-244 (2025).</li>
<li>Zhu, J., Li, T., Young, A. F., Shan, J., Mak, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+oscillations+in+two-dimensional+insulators+induced+by+graphite+gates%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">Quantum oscillations in two-dimensional insulators induced by graphite gates.</a> Phys Rev Lett. 127 (24), 247702(2021).</li>
<li>Jang, S. K., Youn, J., Song, Y. J., Lee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+characterization+of+hexagonal+boron+nitride+as+a+gate+dielectric%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Synthesis and characterization of hexagonal boron nitride as a gate dielectric.</a> Sci Rep. 6 (1), 30449(2016).</li>
<li>Kim, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((der+Waals+heterostructures+with+high+accuracy+rotational+alignment%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">der Waals heterostructures with high accuracy rotational alignment.</a> Nano Lett. 16 (3), 1989-1995 (2016).</li>
<li>Cao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superlattice-induced+insulating+states+and+valley-protected+orbits+in+twisted+bilayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">Superlattice-induced insulating states and valley-protected orbits in twisted bilayer graphene.</a> Phys Rev Lett. 117 (11), 116804(2016).</li>
<li>Roberts, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Response+of+graphene+to+femtosecond+high-intensity+laser+irradiation%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Response of graphene to femtosecond high-intensity laser irradiation.</a> Appl Phys Lett. 99 (5), 051912(2011).</li>
<li>Park, J. M., Cao, Y., Watanabe, K., Taniguchi, T., Jarillo-Herrero, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flavour+Hund%27s+coupling%2C+Chern+gaps+and+charge+diffusivity+in+moir%C3%A9+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Flavour Hund's coupling, Chern gaps and charge diffusivity in moiré graphene.</a> Nature. 592 (7852), 43-48 (2021).</li>
<li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrode-free+anodic+oxidation+nanolithography+of+low-dimensional+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Electrode-free anodic oxidation nanolithography of low-dimensional materials.</a> Nano Lett. 18 (12), 8011-8015 (2018).</li>
<li>Park, J. M., Sun, S., Watanabe, K., Taniguchi, T., Jarillo-Herrero, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPark%2C+JM+%22Simultaneous+transport+and+tunneling+spectroscopy+of+moir%C3%A9+graphene%3A+Distinct+observation+of+the+superconducting+gap+and+signatures+of+nodal+superconductivity%22">Simultaneous transport and tunneling spectroscopy of moiré graphene: Distinct observation of the superconducting gap and signatures of nodal superconductivity</a>. , http://arxiv.org/abs/2503.16410 (2025).</li>
<li>Long, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Achieving+ultrahigh+carrier+mobility+in+two-dimensional+hole+gas+of+black+phosphorus%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Achieving ultrahigh carrier mobility in two-dimensional hole gas of black phosphorus.</a> Nano Lett. 16 (12), 7768-7773 (2016).</li>
<li>Haigh, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cross-sectional+imaging+of+individual+layers+and+buried+interfaces+of+graphene-based+heterostructures+and+superlattices%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">Cross-sectional imaging of individual layers and buried interfaces of graphene-based heterostructures and superlattices.</a> Nat Mater. 11 (9), 764-767 (2012).</li>
<li>Wang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clean+assembly+of+van+der+Waals+heterostructures+using+silicon+nitride+membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Electron%22%5BJournal%5D)">Clean assembly of van der Waals heterostructures using silicon nitride membranes.</a> Nat Electron. 6 (12), 981-990 (2023).</li>
<li>Masubuchi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Autonomous+robotic+searching+and+assembly+of+two-dimensional+crystals+to+build+van+der+Waals+superlattices%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Autonomous robotic searching and assembly of two-dimensional crystals to build van der Waals superlattices.</a> Nat Commun. 9 (1), 1413(2018).</li>
<li>Mannix, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+four-dimensional+pixel+assembly+of+van+der+Waals+solids%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Robotic four-dimensional pixel assembly of van der Waals solids.</a> Nat Nanotechnol. 17 (4), 361-366 (2022).</li>
</ol>

作者声明无利益冲突。

在石墨烯层之间引入微小的扭转角度可能会在异质结构中产生显著的无序。因此，为了最大限度地提高制备高质量石墨烯莫尔超晶格器件的成功率，必须使用一种高度可调的转移装置，以实现对位置、角度和温度的精确控制。此外，在制备过程中还需关注若干关键因素：严格的薄片筛选标准、预先清洗且无气泡的底层栅极、石墨烯激光刻蚀，以及最重要的一点——在室温下以亚微米速度平稳拾取预先切割的石墨烯碎片。
本方案中的转移过程是在一个高度可调的定制转移装置中进行的，如图所示 图3A整个装置安装在被动式隔振器上，以最大限度减少振动噪声。使用配备2倍、10倍和50倍长工作距离物镜的显微镜观察转移过程，并连接CMOS相机至计算机。样品台基于直驱旋转台，可实现360°连续旋转，分辨率为2 µrad，配备水冷系统和中心真空接口以固定晶圆。此外，该样品台还可在XY方向移动，由两个微线性驱动器控制。带有PC/PDMS印章的玻璃载片可牢固地夹紧在插座中图3B），倾斜角度可通过底部的两个测角仪进行调节。该插座安装在一个...

现代凝聚态物理的一个关键驱动力是将强关联效应与拓扑性质结合到一个可调控的物理体系中。自从在魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）中发现关联绝缘态1和超导性2以来，其显著的物理特性激发了人们对莫尔材料日益增长的研究兴趣3。近年来，多种基于石墨烯的莫尔超晶格结构已被构建并深入研究。这一快速发展的领域揭示了大量新奇的涌现现象，包括但不限于奇异的关联绝缘体4,5,6,7,8,9、非常规超导性10,11,12,13,14、向列性15以及轨道铁磁性16,17,18。
这些石墨烯莫尔超晶格中揭示的丰富物理现象得益于层间微小扭转角所带来的 unprecedented in situ 可调性。然而，这种额外的扭转角自由度也带来了不确定性。扭转角是通过将两片石墨烯以其晶轴相对旋转后堆叠而形成的。为了实现关联效应起主导作用的“魔角”区间（1°–1.2°），必须以优于0.1°的精度精确控制扭转角。但在器件制备过程中，可能引入多种不利因素，例如异质应变19,20、扭转角无序21,22,23以及晶格弛豫24,25等。使用质量不佳的石墨烯薄片或未能控制拾取石墨烯的速度，可能导致过大的应变和角度无序。由于小扭转角构型并非热力学基态，引入不必要的高温转移过程会增加晶格发生非预期弛豫的风险。这些因素降低了石墨烯莫尔超晶格器件制备的成功率，尤其在魔角区间表现更为显著。它们为此领域的研究人员带来了重大的实验挑战26，使得获得具有目标扭转角的器件变得困难，甚至难以重复先前的测量结果。
本文旨在缓解上述挑战，提供一种经过优化、基于经验且分步详尽的制备高质量石墨烯基莫尔超晶格器件的方案。该方案基于改进的干法转移技术27,28，采用一套高度可调、自行搭建的转移装置，实现对位置、角度和温度的精确控制。本方案的核心在于严格的薄片筛选标准、预先清洗且无气泡的底栅、石墨烯激光刻蚀，以及最重要的一点——在室温下以亚微米级速度平稳拾取预先切割的石墨烯薄片。除这些关键因素外，本文还讨论了可能影响实验结果的若干次要因素。尽管本方案以转角双层石墨烯为例进行说明，但其适用于所有类型的石墨烯基莫尔超晶格结构。该详细工作流程旨在提升高质量石墨烯莫尔超晶格器件制备技术在更广泛科研群体中的可及性。

<table><tbody><tr><td>台式振动隔离平台</td><td>Minus K Technology, Inc</td><td>100BM-8</td><td>定制转移装置的振动隔离</td></tr><tr><td>彩色相机</td><td>Teledyne FLIR LLC</td><td>BFS-U3-200S6C-C</td><td>用于定制转移装置的CMOS相机</td></tr><tr><td>隔膜泵</td><td>Pfeiffer Vacuum</td><td>MVP 015-2</td><td>为样品台上的晶圆提供真空吸力以将其固定</td></tr><tr><td>直接驱动旋转台</td><td>Thorlabs, Inc</td><td>DDR 100</td><td>用于定制转移装置的旋转台</td></tr><tr><td>符合人体工学的高功率显微镜</td><td>Mitutoyo&amp;nbsp;</td><td>FS70</td><td>用于定制转移装置的显微镜主体</td></tr><tr><td>测角仪载物台</td><td>Thorlabs, Inc</td><td>GNL 18 和 GNL 10</td><td>控制玻璃载片的倾斜角度</td></tr><tr><td>石墨晶体</td><td>NGS 交易 &amp;amp; Consulting GmbH</td><td>荧光薄片</td><td>用于石墨烯剥离的扁平有光泽石墨晶体</td></tr><tr><td>高功率超连续谱光纤激光器</td><td>Fianium, Inc</td><td>SC-400&amp;nbsp;</td><td>用于石墨烯激光烧蚀</td></tr><tr><td>内置控制器的微型线性执行器</td><td>Zaber Technologies</td><td>X-NA08A25</td><td>控制 X-Y 样品台</td></tr><tr><td>Mitutoyo 10倍M Plan APO物镜</td><td>Mitutoyo&amp;nbsp;</td><td>378-803-3</td><td>转移阶段使用的10倍物镜</td></tr><tr><td>Mitutoyo 2x M Plan APO 物镜</td><td>Mitutoyo&amp;nbsp;</td><td>378-801-12</td><td>转移阶段使用2x物镜</td></tr><tr><td>Mitutoyo 50倍 M Plan APO 物镜</td><td>Mitutoyo&amp;nbsp;</td><td>378-805-3</td><td>转移阶段使用的50倍物镜</td></tr><tr><td>电动执行器</td><td>Zaber Technologies</td><td>TRB12CC&amp;nbsp;</td><td>控制 X-Y-Z 玻璃载物片支架平台</td></tr><tr><td>聚(双酚A碳酸酯)</td><td>MilliporeSigma</td><td>181641-25G</td><td>用于制作含PC/PDMS印章的玻璃载片的PC微粒</td></tr><tr><td>优质硅晶圆</td><td>NOVA电子材料</td><td>FP02-61160-DO</td><td>用于二维材料剥离的P型掺杂硅片。详细描述：6&quot; P &amp;lt;100&gt; 0.001–0.005 欧姆·厘米，650–700&amp;mu;m 厚优质 SSP Si 晶圆，仅带主定位边 &amp;& 2850 Å&amp;deg;&amp;plusmn;5% 干法热氧化层</td></tr><tr><td>无硅蓝色粘性塑料薄膜</td><td>Ultron Systems, Inc</td><td>1005R/1009R</td><td>用于剥离二维材料的蓝色胶带</td></tr><tr><td>SYLGARD 184 硅胶封装剂（透明）</td><td>陶氏公司</td><td>4019862</td><td>制作PDMS印章</td></tr><tr><td>轻敲模式原子力显微镜探针，带铝反射涂层</td><td>Innovative Solutions Bulgaria Ltd</td><td>Tap300Al-G</td><td>用于探针清洁的轻敲模式探针</td></tr><tr><td>XY 手动线性位移台</td><td>Newport Corporation</td><td>M-462-XY</td><td>用于定制转移装置的X-Y样品台</td></tr><tr><td>XYZ 手动线性位移台</td><td>Newport Corporation</td><td>M-562-XYZ</td><td>用于定制转移装置的X-Y-Z玻璃载片架载物台</td></tr></tbody></table>

高质量基于石墨烯莫尔超晶格器件的优化制备工艺

Optimized Fabrication Procedure for High-Quality Graphene-based Moir&#233; Superlattice Devices

莫尔超晶格为研究强关联与拓扑效应相互作用所引发的新奇物态提供了一个多功能平台，同时具备灵活的原位可调性。然而，此类莫尔超晶格的制备具有挑战性。在纳米加工过程中，由于无意引入的异质应变、转角无序以及转角/晶格弛豫，难以实现具有精确转角的高均匀性器件。本文介绍了一种基于经验优化的高质量石墨烯基莫尔超晶格器件制备方案，重点采用了一种改进的干法转移技术。该转移过程在高度可调的定制化转移装置中进行，能够实现对位置、角度和温度的精确控制。通过结合严格的薄片筛选标准、预先清洗且无气泡的底部栅极，以及石墨烯激光刻蚀技术，可在室温下以亚微米级速度精确堆叠转角石墨烯薄片，从而构建莫尔超晶格。通过对转移过程的精确控制，所获得的石墨烯莫尔超晶格器件表现出高度均匀性和理想的转角。该优化方案解决了石墨烯基莫尔超晶格器件制备中的现有难题，为莫尔材料这一快速发展的领域进一步前进铺平了道路。

为表征石墨烯莫尔超晶格器件，进行了低温输运测量。以魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）为例，图8A22展示了一个高质量魔角器件典型的朗道扇形图。平带的填充因子ν = 4n/ns 用于描述系统的载流子密度，其中n为载流子密度，ns = <img alt="公式：\(8\theta^2/\sqrt{3a^2}\)；数学表达式；代数简化研究。" src="/files/ftp_upload/68230/68230eq003.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Equation 1">为超晶格密度（<img alt="静力平衡方程 ΣFx=0 示意图，详细展示力的平衡与矢量分量。" src="/files/ftp_upload/68230/68230eq004.jpg" style="margin: auto;" data-altupdate...

本文介绍了一种经过优化且基于实践经验的制备高质量石墨烯基莫尔超晶格器件的方案，该方案采用改进的干法转移技术，结合高度可调的自制转移装置，可精确控制扭转角度。

莫尔超晶格为研究强关联与拓扑相互作用所引发的新奇现象提供了一个多功能平台，……

我们的研究聚焦于二维材料及其异质结构的量子电子特性，旨在发现和探索新的量子现象，并开发新型电子器件。我们开创了转角调控领域，即二维材料异质结构的性质会随着层间相对转角的变化而改变。其中最具影响力的发现是魔角石墨烯中的超导现象。由于纳米加工过程中引入的加热器应变无序和晶格弛豫，实现精确的扭转角度仍然具有挑战性，这通常导致器件不均匀，并限制了不同样品间的可重复性。本实验方案反映了我们在优化每个制备步骤方面的经验，以提高均匀性和产率，使更多研究人员能够可靠地构建高质量的石墨烯莫尔器件，从而加快该领域的研究进展。[旁白] 首先，将石墨烯晶圆放置在集成超连续谱激光器的转移装置样品台上。使用“透视”功能使 Inkscape 窗口在摄像头窗口上方浮动时呈现半透明状态。在 Inkscape 中使用绘制 BZA 曲线和直线功能，标出石墨烯的边界以及规划的激光切割线。现在开启激光器，并逐渐增加激光强度，直至光斑可见。调节样品台，使光斑与规划激光切割线的起点对齐。接着移动样品台，引导光斑沿规划的激光切割线行进。在将激光强度归零后，检查激光切割线的效果。重复上述步骤，直至所有规划的切割线均完成激光切割。为拾取顶部的六方氮化硼薄片，调整薄片方向，使其直边垂直并位于右侧。将带有 PC 和 PDMS 转印印章的玻璃载片轻轻夹紧，以向下倾斜 2 至 3 度的角度插入卡槽中。使用滑动托盘向左移动卡槽，使玻璃载片位于样品晶圆上方，然后手动将其固定。将样品台温度设定为 50 摄氏度后，使用 Z 向驱动器将玻璃载片向下压合。将显微镜聚焦于聚碳酸酯薄膜，并检查表面清洁度。将六方氮化硼薄片移动至选定的洁净区域，并进一步向下压合载片。现在以每秒 5 微米的速度将印章压向晶圆，直至完全覆盖六方氮化硼薄片，随后将样品台温度设定为 80 摄氏度。当样品台温度达到 80 摄氏度后，以每秒 5 微米的速度撤回印章，直至波前接近六方氮化硼直边，然后以每秒 2 微米的较低速度拾取薄片。拾取完成后，将速度提高至每秒 5 微米，使聚碳酸酯薄膜从晶圆上完全剥离。关闭样品台加热器，并开启水冷系统。当温度降至 45 摄氏度以下时，关闭水冷系统。以每秒 1 毫米的速度将玻璃载片完全上提。将刚完成激光切割的石墨烯晶圆放回样品台，使用 10X 物镜定位石墨烯。调整薄片方向，使激光切割线与六方氮化硼的直边平行。在 Inkscape 中标出石墨烯的边界，包括激光切割线。现在将带有顶部六方氮化硼薄片的玻璃载片移至预压合位置，使 PC 和 PDMS 印章位于石墨烯晶圆上方 2 毫米处。将薄片的直边与激光切割线中心对齐，以实现六方氮化硼与石墨烯图案的匹配。调节显微镜，聚焦于石墨烯，并将其与 Inkscape 中的图案对齐。然后聚焦于顶部薄片，并在 XY 方向上移动玻璃载片，使其与图案对齐。在重新聚焦于略高于预切割石墨烯的焦平面后，以每秒 0.1 毫米的速度向下压合玻璃载片，直至顶部薄片进入焦点。重新聚焦于石墨烯，并将速度设为每秒 5 微米。缓慢压合印章，直至薄片大致可见，同时确保未与晶圆接触。继续向下压合印章，直至其接触晶圆。以每秒 0.5 微米的速度继续压合，直至波前接近薄片左侧边缘。将速度降至每秒 0.02 微米，继续压合以接触第一块石墨烯。当薄片完全覆盖第一块石墨烯并在直边处固定后，停止压合操作。通过以每秒 5 微米的速度将样品台向上移动，直至波前开始回缩，以消除滞后效应。设定每秒 0.02 微米的撤回速度，轻柔地拾取石墨烯。当波前远离薄片后，将速度提高至每秒 5 微米，使印章完全从晶圆上分离。现在在 Inkscape 中复制整个石墨烯图案，并按所需扭转角度旋转。将复制图案中的第二块石墨烯与原始图案中的第一块对齐，以最大化重叠区域。将样品整体旋转至所需扭转角度。将晶圆上剩余的石墨烯与复制的图案对齐。聚焦于玻璃载片上的顶部六方氮化硼薄片，并将其与图案对齐。在将各薄片与图案对齐后，重复前述步骤拾取剩余的石墨烯。拾取完成后，在显微镜下检查顶部堆叠结构的质量。将带有预先清洁且无气泡的底栅的晶圆放置在样品台上。使用 Inkscape 标出底栅的边界。将顶部堆叠结构的图案与底栅图案对齐，以将扭转双层石墨烯置于石墨电极指上。将样品台温度设定为 160 摄氏度，用于在封装后剥离聚碳酸酯薄膜，然后加载带有顶部堆叠结构的玻璃载片，并将其移至预压合位置。粗略对齐底栅和顶部堆叠结构与各自图案。聚焦于底栅，然后略微提高焦平面。在底栅与顶部堆叠结构之间确定另一个中间焦平面，设定速度为每秒 5 微米，并压合印章直至顶部堆叠结构可见。精确对齐两者与图案。当样品台温度高于 150 摄氏度时，以每秒 5 微米的速度压合印章，直至波前接近底栅，随后将速度降至每秒 0.5 微米。缓慢将顶部堆叠结构压合到底栅上。当波前越过顶部堆叠结构后，将速度恢复至每秒 5 微米，完全将印章压合到晶圆上，然后以每秒 5 微米的速度撤回印章。在印章与晶圆完全分离后，以每秒 5 微米的速度向上提升印章持续三秒。开始在 XY 方向上移动，以剥离聚碳酸酯薄膜。以每秒 1 毫米的速度完全撤回玻璃载片，并从卡槽中移除。关闭样品台加热器，并启动水冷系统。当温度降至室温后，取下晶圆并在光学显微镜下检查。在高质量魔角扭转双层石墨烯器件中，从电荷中性点和超晶格能隙处均出现了四重简并的朗道扇形结构，在更高磁场下分裂为二重或单重简并态。在半填充态下观察到对称性破缺的二重简并朗道扇形结构，表明存在关联绝缘行为。超导穹顶位于半填充态附近的朗道扇形结构下方。电阻随温度变化的测量结果显示，在半填充态两侧均存在两个超导穹顶，最高临界温度约为 1.7 开尔文。在测量的 14 个器件中，最优临界温度在扭转角接近 1.08 度时达到峰值，与理论预测一致。接近魔角但无序的器件表现出显著降低的临界温度，这在其电阻-温度曲线中可见。这些观察结果凸显了优化制备工艺以获得高质量石墨烯基莫尔超晶格器件的重要性。

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科研

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高质量基于石墨烯的莫尔条纹超晶格器件的优化制造工艺

我们介绍了利用脉冲激光沉积（PLD）、光刻和引线键合技术制备微米尺度复杂氧化物器件的方法。采用脉冲激光沉积技术生长外延薄膜，结合光刻和引线键合技术，用于制备可用于测量的实用器件。...

空间受限复杂氧化物的制备

本文介绍了一种在砷化镓异质结构上制备门控定义的半导体横向量子点的详细 fabrication...

栅极定义的GaAs/AlGaAs侧向量子点的纳米加工

本文详细描述了一种门电压可调的石墨烯器件的制备过程，该器件经库仑杂质修饰，可用于扫描隧道显微镜研究。在带电杂质存在的情况下，对石墨烯空间依赖的电子结构进行成像，揭示了其相对论性电荷载流子对局域库仑势的独特响应行为。...

制备可栅极调控的石墨烯器件用于扫描隧道显微镜研究库仑杂质

讨论了基于硅金属-氧化物-半导体量子点的单电子泵的制备工艺及相关实验表征技术。...

用于单电子泵送的硅金属-氧化物-半导体量子点

本文旨在介绍一种标准且可靠的制备工艺，用于未来低维纳米电子器件的开发。...

一种制备二维纳米电子器件的标准且可靠的方法

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三维石墨烯基多面体的制备 通过 折纸式自折叠

用于制备石墨烯支撑的微孔液体池的方案 原位 氯金酸中金纳米晶体的电子显微镜观察4...

用于制备石墨烯支撑的微孔液体池 原位 透射电子显微镜技术

一种新开发的带有氧化石墨烯窗口的微图案芯片，通过应用微机电系统技术制备而成，可实现对多种生物分子和纳米材料的高效、高通量低温电子显微镜成像。...

用于高通量低温电子显微镜的厚度可控微图案芯片的制备

本文介绍了一种将单层石墨烯应用于透射电镜载网的方案，以及如何制备这些载网以用于冷冻电镜结构解析。...

用于冷冻电子显微镜的单层石墨烯包被载网的制备

本研究提出一种无残留物的制备方法，用于制备二维材料的单层薄片，并仅通过范德华相互作用将其组装成复杂的异质结构。该技术无需使用外部物质或特定实验条件，可通过自下而上、自上而下以及模块化堆叠的方式实现复杂异质结构的组装。...

二维材料范德华异质结构的无残留制备

学习优化石墨烯莫尔超晶格器件的制造工艺，通过改进干法转移技术提高器件均匀性和产率。该方法解决了纳米加工中的应变无序和晶格弛豫挑战，为量子材料研究提供可靠支持。

高质量基于石墨烯莫尔超晶格器件的优化制备工艺

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