בעבודה זו אנו מתארים טכניקה המשמשת ליצירת קריסטלים חדשים (ואן דר וואלס הטרובנים) על ידי הערמה של חומרים דו-ממדיים שכבתית באולטרסאונד עם שליטה מדויקת על המיקום ועל אוריינטציה יחסית.
מאמר שיטה
בעבודה זו אנו מתארים טכניקה המשמשת ליצירת קריסטלים חדשים (ואן דר וואלס הטרובנים) על ידי הערמה של חומרים דו-ממדיים שכבתית באולטרסאונד עם שליטה מדויקת על המיקום ועל אוריינטציה יחסית.
בעבודה זו אנו מתארים טכניקה ליצירת גבישים חדשים (ואן דר Waals הטרובנים) על ידי הערמה חומרים דו-ממדיים שכבתית בעלי בדיקת אולטרה דק. אנו מדגימים לא רק שליטה לרוחב, אלא, חשוב, גם לשלוט על יישור זוויתי של שכבות סמוכות. ליבת הטכניקה מיוצגת על ידי התקנת העברה ביתית המאפשרת למשתמש לשלוט במיקום הקריסטלים הבודדים המעורבים בהעברה. הדבר מושג בדיוק של תת-מיקרומטר (העברה) ומידה משנית (זוויתי). לפני הערמה אותם יחד, הקריסטלים מבודדים מניפולציות באופן אינדיבידואלי על ידי שלבי הובלה מתוכננים מותאמים אישית הנשלטים על ידי ממשק תוכנה מתוכנת. יתרה מזאת, מאחר שהגדרת ההעברה כולה מבוקרת מחשב, המשתמש יכול ליצור מרחוק הטרוסקסואלים מדויקים מבלי להגיע למגע ישיר עם התקנת ההעברה, ולתייג טכניקה זו כ"ללא ידיים". בנוסף להצגת הגדרת ההעברה, אנו מתארים גם שתי טכניקות להכנת הקריסטלים המוערמות לאחר מכן.
מחקר בשדה המתפתחת של דו מימדי (2d) חומרים החלו לאחר שחוקרים פיתחו טכניקה אשר אפשרה בידוד של גראפן1,2,3 (גיליון שטוח אטותי של אטומי פחמן) מ גרפיט. גראפן הוא חבר של מחלקה גדולה יותר של חומרים דו-ממדיים שכבתית, המכונה גם חומרים וכלי ואן דר וואלס. יש להם קשרים חזקים ומתחברים. עם מצמד שכבות של ואן דר וואלס לכן, את הטכניקה עבור בידוד גראפן מגרפיט יכול להיות גם להחיל על חומרים אחרים 2D שבו אפשר לשבור את הקשרים הבין שכבת חלש לבודד שכבות יחיד. אחד הפיתוח העיקרי בתחום היה ההפגנה כי בדיוק כמו הקשרים ואן דר waals המחזיק שכבות סמוכות של חומרים דו ממדיים יחד ניתן לשבור, הם יכולים גם להיות ביחד2,4. לכן, קריסטלים של חומרים דו-ממדיים יכולים להיווצר על-ידי פיקודית הערמה יחד של שכבות של חומרים דו-ממדיים עם מאפיינים שונים. הדבר דרבן עניין רב, כאשר החומרים שהיו קיימים בטבע בעבר יכולים להיווצר במטרה לחשוף בעבר תופעות פיזיות בלתי נגישות4,5,6,7 ,8,9 או פיתוח התקנים מעולים עבור יישומים טכנולוגיים. לכן, לאחר שליטה מדויקת על הערמה חומרים דו-ממדיים הפכה לאחת המטרות העיקריות בתחום המחקר10,11,12.
בפרט, זווית הפיתול בין השכבות הסמוכות ב-van der Waals הטרובנים הוצגה כפרמטר חשוב לשליטה בתכונות החומר13. לדוגמה, בזוויות מסוימות, המבוא של פיתול יחסי בין שכבות סמוכות יכול לזיווג בצורה אלקטרונית את שתי השכבות. זה נחקרו הן בגרפן14,15 , כמו גם במעבר מתכת dichalcogenides16,17,18,19. לאחרונה, התגלה באופן מפתיע כי הוא יכול גם לשנות את מצב החומר של חומרים אלה. התגלית כי בינה גרפית מכוונת ב "זווית קסם" מתנהג כמו בידוד מוט בטמפרטורות נמוכות ואפילו סופר מנצח כאשר צפיפות האלקטרונים מכוון כראוי הפכה עניין רב ומימוש החשיבות של השליטה זוויתי בעת בדיית שכבות ואן דר וואלס הטרובנים13,20,21.
מונע על ידי ההזדמנויות המדעיות נפתח על ידי הרעיון של כוונון המאפיינים של חומרי ואן דר Waals הרומן על ידי התאמת הכיוון היחסי בין השכבות, אנו מציגים כלי מובנה בבית יחד עם ההליך ליצור מבנים כאלה עם בקרה זוויתית.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. מכשור להליכי העברה
2. קילוף מכני של גביש דו-ממדי.
3. PMMA-PMMA שיטה עבור בדיית ואן דר Waals הטרובנים (הכנת המצע העליון).
4. polydiמתיל siloxane (PDMS) שיטת הטבעה של בדיית ואן דר Waals הטרובנים (הכנת מצע העליון).
5. העברת פתיתים מן המצע העליון למצע התחתון באמצעות שיטת PMMA-PMMA (איור 3e-h).
6. העברת פתיתי מן המצע העליון אל המצע התחתון באמצעות שיטת הטבעה (איור 4d-f).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כדי להמחיש את התוצאות ואת האפקטיביות של ההליך שלנו אנו מציגים רצף של ערימות מבוקרת זווית של רניום קשר דיסולפידי (במיל2) גבישים דקים. כדי להדגיש שהשיטה המתוארת יכולה גם להיות מוחלת על שכבות דקות, אנו גם מדגימה את הבנייה של שני מונאולאיירס מעוות יחסית של מוליבדן דיגופרתי (MoS2).
כדי להדגים את יכולות היישור זוויתי של התקנת ההעברה אנו משתמשים רניום קשר דיסולפידי (ReS2). בגלל מבנה הסריג האנאיזוטרופי ש...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הגדרת ההעברה המובנית המוצגת כאן מציעה שיטה לבניית חומרים שכבתית הרומן עם שליטה לרוחב וסיבוב. בהשוואה לפתרונות אחרים המתוארים בספרות10,25, המערכת שלנו אינה דורשת תשתית מורכבת, אך היא משיגה את המטרה של יישור מבוקר של גבישים דו-ממדיים.
הצעד הקריטי ביותר בהליך הוא ליישר ולמקם את הגביש העליון במגע עם התחתון. ויברציות יכול להיות גורם ליישור כושל, לכן, יש למזער את השפעתם. בהקשר זה, היתרון של הגדרת "ידיים חופשיות" המוצג כאן הוא שהמשתמש אינו מס...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
. למחברים אין מה לגלות למחברים אין אינטרסים פיננסיים מתחרים.
המחברים להכיר מימון מאוניברסיטת אוטווה ו-NSERC מענק דיסקברי RGPIN-2016-06717 NSERC SPG QC2DM.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| עדשת אובייקט 5X | Nikon Metrology | MUE12050 | מרחק עבודה של 23.5 מ"מ וצמצם מספרי של 0.15 |
| עדשת אובייקטיבית 50X עדשת | Nikon Metrology | MUE21500 | מרחק עבודה של 19 מ"מ וצמצם מספרי |
| של 0.4 עדשת אובייקטיבית 100X עדשת | Nikon Metrology | MUE21900 | מרחק עבודה של 4.5 מ"מ וצמצם מספרי 0.8 |
| אצטון | סיגמא-אולדריץ' | 270725 | טוהר וגימור; 99.90% |
| סרט דבק | Ultron Systems, Inc. | ||
| מיקרוסקופ כוח אטומי | Anisole | ||
| מניפולטור סיבוב שלב תחתון | Zaber Technologies | X-RSW60A-PTB2 | 360° נסיעות עם גודל צעד של 4.091 μ rad |
| מניפולטור שלב תחתון X | Zaber Technologies | X-LSM025A-PTB2 | מהלך 25 מ"מ עם גודל מדרגה של 47.625 ננומטר |
| מניפולטור Y שלב תחתון | Zaber Technologies | X-LSM025A-PTB2 | מהלך 25 מ"מ עם גודל מדרגה של 47.625 ננומטר |
| מניפולטור Z שלב תחתון | Zaber Technologies | X-VSR40A-KX14A | מהלך 40 מ"מ עם גודל מדרגה של 95.25 ננומטר |
| איזופרופנול | סיגמא-אולדריץ' | טוהר 563935 | 99.999% |
| LabVIEW תוכנה | National Instruments | ||
| Macor | McMaster-Carr | 8489K238 | |
| מצלמת מיקרוסקופ | Zeiss | 426555-0000-000 | 5 מגה פיקסל, 47 fps קצב פריימים חי, זמן חשיפה של 100 μ s - 2 s, מצלמה צבעונית |
| מוליבדן דיסולפיד (MoS2) | HQ Graphene | ||
| לוח לחם אופטי | Thorlabs, Inc. | MB4545/M | |
| מיקרוסקופ אופטי | ניקון מטרולוגיה | LV150N | |
| חמצן פלזמה | תחריט פלזמה Plasma Etch, Inc. | PE-50 | |
| חותמת PDMS | ג'ל-פאק | PF-20-X4 | |
| PMMA 950 A6 | MichroChem Corp. | M230006 0500L1GL | |
| פוליפרופילן קרבונט | סיגמא-אולדריץ' | 389021-100 גרם | |
| PVA Partall #10 | חומרים מרוכבים קנדה | ||
| רניום דיסולפיד (ReS2)HQ | גרפן | ||
| Si/SiO2 מצע | נובה אלקטרוניקה חומרים | HS39626-OX | |
| ציפוי | ספיןLaurell Technologies | WS-650-23 | |
| בקר טמפרטורה | Auber Instruments | SYL-23X2-24 | שולט בטמפרטורה של השלב התחתון באמצעות צמד תרמי מסוג J |
| יחידת בקר שלב עליון | Mechonics | CF.030.0003 | |
| מניפולטור שלב עליון X | Mechonics | MS.030.1800 | מהלך 18 מ"מ עם גודל מדרגה של 11 ננומטר |
| מניפולטור | Y שלב עליוןMechonics | MS.030.1800 | 18 מ"מ נסיעה עם גודל מדרגה של 11 ננומטר |
| מניפולטור Z שלב עליון | Mechonics | MS.030.3000 | 30 מ"מ נסיעה עם גודל מדרגה של 11 ננומטר |
| אמבט אולטרסאונד | Elma Schmidbauer GmbH | Elmasonic P 30 H |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה