In questo lavoro descriviamo una tecnica che viene utilizzata per creare nuovi cristalli (eterostrutture di Van der Waals) impilando materiali 2D ultrasottili stratificati con un controllo preciso sulla posizione e sull'orientamento relativo.
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Articolo metodologico
Fabbricazione di eterostrutture van der Waals con allineamento rotazionale preciso
In questo articolo
Sommario
Abstract
In questo lavoro descriviamo una tecnica per la creazione di nuovi cristalli (eterostrutture van der Waals) impilando materiali 2D a strati ultrasottili distinti. Dimostriamo non solo il controllo laterale, ma, soprattutto, anche il controllo sull'allineamento angolare dei livelli adiacenti. Il nucleo della tecnica è rappresentato da una configurazione di trasferimento costruita in casa che consente all'utente di controllare la posizione dei singoli cristalli coinvolti nel trasferimento. Ciò si ottiene con la precisione sottomicrometro (traslazionale) e sottogrado (angolare). Prima di impilarli insieme, i cristalli isolati vengono manipolati individualmente da fasi mobili progettate su misura che sono controllate da un'interfaccia software programmata. Inoltre, poiché l'intera configurazione di trasferimento è controllata dal computer, l'utente può creare da remoto eterostrutture precise senza entrare in contatto diretto con l'impostazione del trasferimento, etichettando questa tecnica come "viva a mani libere". Oltre a presentare il set-up di trasferimento, descriviamo anche due tecniche per la preparazione dei cristalli che vengono successivamente impilati.
Introduzione
La ricerca nel campo in crescita dei materiali bidimensionali (2D) è iniziata dopo che i ricercatori hanno sviluppato una tecnica che ha permesso l'isolamento del grafene1,2,3 (un foglio atomicamente piatto di atomi di carbonio) da grafite f. Il grafene è membro di una classe più ampia di materiali 2D stratificati, chiamati anche materiali o cristalli di van der Waals. Hanno un forte legame intralayer covalente e un debole accoppiamento tra interlayer van der Waals. Pertanto, la tecnica per isolare il grafene dalla grafite può essere applicata anche ad altri materiali 2D in c....
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Protocollo
1. Strumentazione per la procedura di trasferimento
- Per visualizzare il processo di trasferimento, utilizzare un microscopio ottico in grado di operare sotto l'illuminazione del campo luminoso. Poiché le dimensioni tipiche dei cristalli 2D sono da 1 a 500 m2, equipaggiare il microscopio con obiettivi di lunga distanza 5x, 50x e 100x. Il microscopio deve inoltre essere dotato di una telecamera che si colleghi a un computer (Figura 1a).
- Utilizzare manipolatori separati per controllare individualmente la posizione dei due cristalli che stanno per essere impilati. Utilizzare manipolatori programmabili e controll....
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Risultati
Per illustrare i risultati e l'efficacia della nostra procedura vi presentiamo una sequenzadi pile controllate dall'angolo di cristalli sottili di lenodo di tenio (ReS 2). Per sottolineare che il metodo descritto può essere applicato anche a strati atomicamente sottili, esemplifichiamo anche la costruzione di due monostrati relativamente contorti di molybdenum disulfide (MoS2).
Per dimostrare le capacità di.......
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Discussione
L'impostazione di trasferimento casalinga qui presentata offre un metodo per la costruzione di nuovi materiali stratificati con controllo laterale e rotazionale. Rispetto ad altre soluzioni descritte nella letteratura10,25, il nostro sistema non richiede infrastrutture complesse, ma raggiunge l'obiettivo di allineamento controllato di cristalli 2D.
La fase più critica della procedura è quella di allineare e posizionare il cristallo sup.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare. Gli autori non hanno interessi finanziari concorrenti.
Ringraziamenti
Gli autori riconoscono i finanziamenti dell'Università di Ottawa e della NSERC Discovery grant RGPIN-2016-06717 e NSERC SPG QC2DM.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Obiettivo 5X | Nikon Metrology | MUE12050 | una distanza di lavoro di 23,5 mm e un'apertura numerica di 0,15 |
| Obiettivo 50X | Nikon Metrology | MUE21500 | una distanza di lavoro di 19 mm e un'apertura numerica di 0,4 |
| Obiettivo 100X | Nikon Metrology | MUE21900 | una distanza di lavoro di 4,5 mm e un'apertura numerica di 0,8 |
| Acetone | Sigma-Aldrich | 270725 | Purezza ≥ 99.90% |
| Nastro adesivo | Ultron Systems, Inc. | ||
| Anisolo | MicroChem | ||
| Microscopio a forza atomica | Bruker | Dimensione Icona | Usiamo tipicamente la modalità ScanAsyst |
| Manipolatore di rotazione dello stadio inferiore | Zaber Technologies | X-RSW60A-PTB2 | Corsa a 360 gradi con passo di 4.091 μ rad |
| Manipolatore X stadio inferiore | Zaber Technologies | X-LSM025A-PTB2 | corsa 25 mm con passo di 47,625 nm |
| Manipolatore Y stadio inferiore | Zaber Technologies | X-LSM025A-PTB2 | corsa 25 mm con passo di 47,625 nm |
| Manipolatore Z stadio inferiore | Zaber Technologies | X-VSR40A-KX14A | Corsa 40 mm con passo di 95,25 nm |
| Isopropanolo | Sigma-Aldrich | 563935 | Purity 99.999%Software |
| LabVIEW | National Instruments | ||
| Macor | McMaster-Carr | 8489K238 | |
| Fotocamera per microscopio | Zeiss | 426555-0000-000 | 5 megapixel, 47 fps live frame rate, tempo di esposizione di 100 &; s - 2 s, fotocamera a colori |
| Solfuro di molibdeno (MoS2) | HQ Breadboard ottica in grafene | ||
| Thorlabs, Inc. | MB4545/M | ||
| Microscopio ottico | Nikon Metrology | LV150N | |
| Incisore al plasma di ossigeno | Plasma Etch, Inc. | Timbro PE-50 | |
| PDMS | Gel-Pak | PF-20-X4 | |
| PMMA 950 A6 | MichroChem Corp. | M230006 0500L1GL | |
| Carbonato di polipropilene | Sigma-Aldrich | 389021-100g | |
| PVA Partall #10 | Composites Canada | ||
| Renio disolfuro (ReS2) | HQ Grafene | ||
| Si/SiO2 substrato | Nova Electronics Materials | HS39626-OX | |
| Spin coater | Laurell Technologies | WS-650-23 | |
| Regolatore di temperatura | Auber Instruments | SYL-23X2-24 | Controlla la temperatura dello stadio inferiore tramite una termocoppia di tipo J |
| Unità di controllo dello stadio superiore | Mechonics | CF.030.0003 | |
| Manipolatore X dello stadio superiore | Mechonics | MS.030.1800 | Corsa di 18 mm con passo di 11 nm |
| Manipolatore | a Y dello stadio superioreMechonics | MS.030.1800 | corsa 18 mm con passo di 11 nm |
| Stadio superiore Manipolatore Z | Mechonics | MS.030.3000 | corsa 30 mm con passo di 11 nm |
| Bagno a ultrasuoni | Elma Schmidbauer GmbH | Elmasonic P 30 H |
Riferimenti
- Novoselov, K. S., et al. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science. 306 (5696), 666(2004).
- Novoselov, K. S., et al. Two-dimensional atomic crystals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of Ame....
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