Este artículo presenta un protocolo optimizado y basado en la experiencia para la fabricación de dispositivos de superred de muaré basados en grafeno de alta calidad con ángulos de torsión precisos, utilizando una técnica de transferencia en seco modificada basada en una configuración de transferencia personalizada y altamente ajustable.
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Artículo de método
Procedimiento de fabricación optimizado para dispositivos de superred de muaré basados en grafeno de alta calidad
En este artículo
Resumen
Resumen
Las superredes de muaré constituyen una plataforma versátil para investigar fenómenos emergentes que surgen de la interacción de correlaciones y topología fuertes, al tiempo que ofrecen una sintonización in situ flexible. Sin embargo, la fabricación de tales superredes de muaré es un desafío. Es difícil lograr dispositivos altamente uniformes con un ángulo de torsión preciso debido a la introducción involuntaria de heterotensión, desorden del ángulo de torsión y relajación del ángulo/red durante el proceso de nanofabricación. Este artículo presenta un protocolo optimizado y basado en la experiencia para la fabricación de dispositivos de superred de muaré basados en grafeno de alta calidad, centrándose en una técnica de transferencia en seco modificada. El proceso de transferencia se realiza en una configuración de transferencia personalizada altamente ajustable que permite un control preciso de la posición, el ángulo y la temperatura. Mediante la combinación de rigurosos criterios de selección de escamas, compuertas inferiores sin burbujas prelimpiadas y ablación con láser de grafeno, la superred de muaré se construye superponiendo deliberadamente escamas de grafeno retorcidas a una velocidad submicrónica a temperatura ambiente. A través de un control preciso del proceso de transferencia, los dispositivos de superred de muaré de grafeno resultantes exhiben una alta uniformidad y los ángulos de torsión deseados. Este protocolo optimizado aborda los desafíos existentes en la fabricación de dispositivos de superred de muaré basados en grafeno y allana el camino para nuevos avances en el campo de los materiales de muaré, que evoluciona rápidamente.
Introducción
Una fuerza impulsora clave de la física moderna de la materia condensada es la combinación de fuertes correlaciones y topología en un solo sistema físico sintonizable. Desde el descubrimiento de los estados aislantes correlacionados1 y la superconductividad2 en el grafeno bicapa retorcido de ángulo mágico (MATBG), sus notables propiedades han estimulado un número creciente de estudios sobre materiales de muaré3. En los últimos años, se han construido e investigado una variedad de superredes de muaré basadas en grafeno. Este campo de rápido cr....
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Protocolo
Los materiales e instrumentos utilizados a lo largo del protocolo se pueden encontrar en la Tabla de Materiales.
1. Preparación de escamas de material bidimensionales (2D)
- Exfoliación con grafeno
- Corta una oblea de Si/SiO2 en trozos de 2 cm × 2 cm con un trazador de carburo de tungsteno. Limpie la superficie de la oblea después con una pistola rociadora de nitrógeno para eliminar el polvo de silicona.
NOTA: Las obleas con SiO2 de 285 nm de espesor se utilizan normalmente para la exfoliación de grafeno y hBN, ya que este grosor proporciona un buen contraste de c....
- Corta una oblea de Si/SiO2 en trozos de 2 cm × 2 cm con un trazador de carburo de tungsteno. Limpie la superficie de la oblea después con una pistola rociadora de nitrógeno para eliminar el polvo de silicona.
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Resultados
Se realizaron mediciones de transporte a baja temperatura para caracterizar los dispositivos de superred de muaré de grafeno. Comenzando con MATBG como ejemplo, el diagrama de abanico típico de Landau de un dispositivo de ángulo mágico de alta calidad se muestra en la Figura 8A22. El factor de llenado de las bandas planas ν = 4n/ns describe la densidad portadora del sistema, donde n es la densidad portadora y ns =
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Discusión
La imposición de un pequeño ángulo de torsión entre las capas de grafeno puede introducir un desorden significativo dentro de la heteroestructura. Por lo tanto, para maximizar la tasa de éxito en la fabricación de dispositivos de superred de muaré de grafeno de alta calidad, es esencial una configuración de transferencia altamente ajustable con un control preciso de la posición, el ángulo y la temperatura. Además, se identifican varios aspectos críticos durante el proceso de fabricación:.......
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Divulgaciones
Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.
Agradecimientos
Los autores agradecen profundamente a todos los miembros actuales y anteriores del Grupo Jarillo-Herrero por desarrollar y optimizar el protocolo de fabricación. Este trabajo ha sido apoyado principalmente por la Oficina de Investigación del Ejército MURI W911NF2120147; con el apoyo también de 2DMAGIC MURI FA9550-19-1-0390, el MIT/Microsystems Technology Laboratories Samsung Semiconductor Research Fund, el Sagol WIS-MIT Bridge Program, la National Science Foundation (DMR-1809802), la Iniciativa EPiQS de la Fundación Gordon y Betty Moore a través de GBMF9463 de subvenciones, y la Fundación Ramón Areces. Este trabajo hizo uso del Centro....
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Plataforma de aislamiento de vibraciones de sobremesa | Minus K Technology, Inc | 100BM-8 | Aislamiento de vibraciones para la configuración de transferencia personalizada |
| Cámara a color | Teledyne FLIR LLC | BFS-U3-200S6C-C | Cámara CMOS para la configuración de transferencia personalizada |
| Bomba de diafragma | Pfeiffer Vacuum | MVP 015-2 | Proporciona potencia de succión de vacío para asegurar la oblea en la platina |
| de muestraEtapa de rotación de accionamiento directo | Thorlabs, Inc | DDR 100 | Etapa de rotación para la configuración de transferencia personalizada |
| Microscopio ergonómico de alta potencia | Mitutoyo | FS70 | Cuerpo del microscopio para la configuración de transferencia personalizada |
| Platina de goniómetro | Thorlabs, Inc | GNL 18 y GNL 10 | Controle el ángulo de inclinación del portaobjetos de vidrio |
| Cristales de grafito | NGS Trading & Consulting GmbH | Flaggy Flakes | Cristales de grafito planos y brillantes para la exfoliación del grafeno |
| Láser de fibra supercontinua de alta potencia | Fianium, Inc | SC-400 | Para la ablación con láser de grafeno |
| Micro actuadores lineales con controladores incorporados | Zaber Technologies | X-NA08A25 | Control de la etapa de muestra X-Y |
| Mitutoyo 10x M Plan APO Objetivo | Mitutoyo | 378-803-3 | 10x objetivo utilizado en la etapa de transferencia |
| Mitutoyo 2x M Plan APO Objetivo | Mitutoyo | 378-801-12 | 2x objetivo utilizado en la etapa de transferencia |
| Mitutoyo 50x M Plan APO Objetivo | Mitutoyo | 378-805-3 | Objetivo 50x utilizado en la etapa de transferencia |
| Actuador motorizado | Zaber Technologies | TRB12CC | Controlar la etapa del portaobjetos de vidrio X-Y-Z |
| Poli(Bisfenol A carbonato) | MilliporeSigma | 181641-25G | Partículas de PC para hacer portaobjetos de vidrio con sellos de PC/PDMS |
| Obleas de Si de primera calidad | Materiales electrónicos NOVA | FP02-61160-DO | Oblea de Si dopada con P para exfoliación de materiales 2D. Descripción detallada: 6" P < 100> .001-.005 ohm-cm 650-700μ m Obleas gruesas de primer grado SSP Si con solo plano primario y 2850 A° ± Óxido térmico seco al 5% Película |
| plástica adhesiva azul sin silicona | Ultron Systems, Inc | 1005R/1009R | Cinta azul para exfoliar materiales 2D |
| Encapsulante de silicona SYLGARD 184 Clear | Dow Inc. | 4019862 | Hacer sello PDMS |
| Modo de roscado Sonda AFM con revestimiento reflectante de aluminio | Soluciones innovadoras Bulgaria Ltd | Tap300Al-G | Punta de modo de roscado utilizada para la limpieza de puntas |
| Etapa lineal manual XY | Newport Corporation | M-462-XY | X-Y etapa de muestra para la configuración de transferencia personalizada |
| Etapa lineal manual XYZ | Newport Corporation | M-562-XYZ | Platina portadiapositivas de vidrio X-Y-Z para la configuración de transferencia personalizada |
Referencias
- Cao, Y., et al. Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices. Nature. 556 (7699), 80-84 (2018).
- Cao, Y., et al. Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices. Nature. 556<....
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Reimpresiones y permisos
