Procédé de fabrication optimisé pour des dispositifs à super-réseau moiré à base de graphène de haute qualité

Nos recherches sont axées sur les propriétés électroniques quantiques des matériaux bidimensionnels et de leurs hétérostructures, dans le but de découvrir et d’étudier de nouveaux phénomènes quantiques et de développer de nouveaux dispositifs électroniques. Nous avons été les pionniers dans le domaine des tournages tournants, où les propriétés des hétérostructures des matériaux bidimensionnels changent en fonction de l’angle entre les couches. La découverte la plus marquante a été la superconnectivité dans l’angiographie magique.

L’obtention d’un angle de torsion précis reste difficile en raison du trouble de déformation de chauffage et de la relaxation du réseau introduits pendant le processus de nanofabrication, ce qui conduit souvent à concevoir une homogénéité et une reproductibilité limitée entre les échantillons. Ce protocole reflète notre expérience dans l’optimisation de chaque étape de fabrication pour améliorer l’uniformité et le rendement, ce qui permet à davantage de chercheurs de construire de manière fiable des dispositifs de graphène moiré de haute qualité et d’accélérer les progrès dans ce domaine.

[Narrateur] Pour commencer, placez une plaquette de graphène sur l’étage d’échantillonnage de la configuration de transfert, intégrée à un laser super continuum. Utilisez le coup d’œil pour rendre la fenêtre d’Inkscape semi-transparente lorsqu’elle flotte au-dessus de la fenêtre de la caméra. Utilisez la fonction dessiner des courbes BZA et des lignes droites dans Inkscape pour tracer la limite du graphène et les lignes de découpe laser prévues. Allumez maintenant le laser et augmentez l’intensité jusqu’à ce que le point du faisceau soit visible. Ajustez la platine d’échantillonnage pour aligner le point du faisceau avec le début d’une ligne de découpe laser prévue. Ensuite, déplacez la platine d’échantillon pour guider le faisceau le long de la ligne de découpe laser prévue. Après avoir mis à zéro l’intensité du laser, inspectez la ligne de découpe laser. Répétez les étapes jusqu’à ce que toutes les lignes prévues soient découpées au laser. Pour ramasser le flocon hexagonal supérieur de nitrite de bore, ajustez l’orientation du flocon jusqu’à ce que le bord droit soit vertical et positionné sur le côté droit. Serrez doucement la glissière en verre avec le tampon PC et PDMS à l’intérieur de la prise avec un angle d’inclinaison vers le bas de deux à trois degrés. Faites glisser la douille vers la gauche à l’aide du plateau coulissant jusqu’à ce que la lame de verre soit positionnée au-dessus de la plaquette d’échantillon, puis verrouillez-la manuellement en place. Après avoir réglé la température de l’étage d’échantillonnage à 50 degrés Celsius, engagez la glissière en verre vers le bas à l’aide de l’actionneur de direction Z. Concentrez le microscope sur le film polycarbonate et vérifiez la propreté de la surface. Déplacez le flocon hexagonal de nitrure de bore vers la zone propre sélectionnée et engagez la glissière plus bas vers le bas. Enclenchez maintenant le tampon sur la plaquette à une vitesse de cinq micromètres par seconde, jusqu’à ce qu’il recouvre complètement le flocon hexagonal de nitrure de bore, puis réglez la température de l’étape de l’échantillon sur 80 degrés Celsius. Une fois que la température de l’étage d’échantillonnage a atteint 80 degrés Celsius, dégagez le tampon avec cinq micromètres par seconde jusqu’à ce que le front d’onde soit proche du bord droit hexagonal du nitrite de bore, puis ramassez le flocon à une vitesse réduite de deux micromètres par seconde. Une fois ramassé, augmentez la vitesse à cinq micromètres par seconde pour détacher le film de polycarbonate de la plaquette. Éteignez le chauffage de la scène et ouvrez le système de refroidissement par eau. Lorsque la température descend en dessous de 45 degrés Celsius, fermez le système de refroidissement par eau. Dégagez la glissière de verre à fond d’un millimètre par seconde. Placez la plaquette avec le graphène fraîchement découpé au laser sur la platine d’échantillon et localisez le graphène à l’aide de l’objectif 10X. Ajustez l’orientation des flocons de sorte que les lignes de découpe laser soient parallèles au bord droit hexagonal en nitrure de bore. Tracez le contour de la limite de graphène dans Inkscape, y compris les lignes de découpe laser. Déplacez maintenant la lame de verre avec le flocon de nitrure de bore hexagonal supérieur en position pré-engagée avec le tampon PC et PDMS à deux millimètres au-dessus de la plaquette de graphène. Alignez le bord droit de l’écaille avec le centre de la ligne découpée au laser pour faire correspondre le nitrure de bore hexagonal avec le dessin au graphène. Réglez le microscope pour qu’il se concentre sur le graphène et alignez-le sur son dessin Inkscape. Ensuite, concentrez-vous sur le flocon supérieur et déplacez la glissière de verre dans la direction XY pour l’aligner sur son dessin. Après avoir refait la mise au point sur un plan focal légèrement supérieur au graphène prédécoupé, engagez le verre vers le bas à 0,1 millimètre par seconde jusqu’à ce que l’éclat supérieur devienne net. Concentrez-vous à nouveau sur le graphène et réglez la vitesse sur cinq micromètres par seconde. Engagez lentement le tampon jusqu’à ce que le flocon devienne grossièrement visible tout en veillant à ce qu’il n’y ait aucun contact avec la plaquette. Continuez à engager le tampon vers le bas jusqu’à ce qu’il entre en contact avec la plaquette. Engagez le tampon à 0,5 micromètre par seconde jusqu’à ce que le front d’onde soit proche du bord gauche de l’écaillage. Réduisez la vitesse de 0,02 micromètre par seconde et poursuivez l’engagement pour entrer en contact avec la première pièce de graphène. Une fois que le flocon recouvre entièrement la première pièce de graphène et est épinglé sur le bord droit, arrêtez l’engagement. Éliminez l’hystérésis en déplaçant la platine vers le haut à cinq micromètres par seconde jusqu’à ce que le front d’onde commence à se rétracter. Réglez une vitesse de débrayage de 0,02 micromètre par seconde pour ramasser le graphène en douceur. Lorsque le front d’onde s’est éloigné du flocon, augmentez la vitesse à cinq micromètres par seconde pour détacher complètement le tampon de la plaquette. Copiez maintenant l’intégralité du dessin au graphène dans Inkscape et faites-le pivoter de l’angle de torsion souhaité. Alignez la deuxième pièce de graphène du dessin de copie avec la première pièce du dessin d’origine pour maximiser le chevauchement. Faites pivoter l’échantillon de l’angle de torsion souhaité. Alignez le graphène restant sur la plaquette sur le dessin copié. Concentrez-vous sur l’éclat hexagonal supérieur en nitrure de bore sur la lame de verre et alignez-le sur le dessin. Après avoir aligné les flocons sur les dessins, répétez les étapes indiquées pour ramasser le graphène restant. Une fois ramassé, examinez la qualité de la pile supérieure au microscope. Placez la plaquette avec la porte inférieure pré-nettoyée et sans bulles sur la scène d’échantillonnage. Délimitez la limite de la porte inférieure à l’aide d’Inkscape. Alignez le dessin de la pile supérieure sur celui de la porte inférieure pour placer le graphène bicouche torsadé sur le doigt en graphite. Réglez la température de l’étage d’échantillon à 160 degrés Celsius pour déchirer le film de polycarbonate après l’encapsulation, puis chargez la lame de verre avec la pile supérieure et déplacez-la en position pré-engagée. Alignez grossièrement la porte inférieure et la pile supérieure sur les dessins. Faites la mise au point sur la porte inférieure, puis augmentez légèrement le plan focal. Identifiez un autre plan focal central entre la porte inférieure et la pile supérieure, puis réglez la vitesse sur cinq micromètres par seconde et engagez le tampon jusqu’à ce que la pile supérieure soit visible. Alignez les deux sur les dessins avec précision. Lorsque la platine d’échantillonnage est supérieure à 150 degrés Celsius, engagez le tampon à cinq micromètres par seconde jusqu’à ce que le front d’onde soit proche de la porte inférieure, puis réduisez la vitesse à 0,5 micromètre par seconde. Engagez lentement la pile supérieure sur la porte inférieure. Une fois que le front d’onde passe la pile supérieure, augmentez la vitesse à cinq micromètres par seconde pour engager complètement le tampon sur la plaquette, puis désengagez le tampon à cinq micromètres par seconde. Après avoir complètement séparé le tampon de la plaquette, soulevez le tampon vers le haut pendant trois secondes à cinq micromètres par seconde. Commencez à le déplacer dans les directions XY pour déchirer le film de polycarbonate. Dégagez complètement la glissière de verre à un millimètre par seconde et retirez-la de la prise. Éteignez le chauffage de la scène et activez le système de refroidissement par eau. Une fois que la température descend à température ambiante, retirez la plaquette et inspectez-la au microscope optique. Des ventilateurs d’atterrissage quadruples dégénérés ont émergé à la fois du point de neutralité de charge et des lacunes du super réseau dans le dispositif de graphène bicouche torsadé à angle magique de haute qualité, se décomposant en dégénérescences doubles ou uniques à des champs magnétiques plus élevés. Des cônes d’atterrissage dégénérés en deux fois brisés ont été identifiés à mi-remplissage, indiquant un comportement isolant corrélé. Le dôme supraconducteur était situé sous le ventilateur d’atterrissage vers l’état de demi-remplissage. Les mesures de résistance dépendantes de la température ont révélé deux dômes supraconducteurs de part et d’autre de l’état de demi-remplissage, la température critique maximale atteignant environ 1,7 Kelvin. Parmi 14 appareils mesurés, la température critique optimale a culminé à un angle de torsion proche de 1,08 degré, ce qui correspond aux prédictions théoriques. Les appareils désordonnés proches de l’angle magique présentaient des températures critiques significativement réduites par rapport aux appareils de haute qualité, comme le montrent leurs profils de résistance en fonction de la température. Ces observations soulignent l’importance d’optimiser le processus de fabrication pour obtenir des dispositifs à super treillis moiré à base de graphène de haute qualité.