이 작품에서 우리는 위치와 상대 방향을 정밀하게 제어하여 초박형 층 2D 재료를 적층하여 새로운 결정 (반 데르 발스 이종 구조)을 만드는 데 사용되는 기술을 설명합니다.
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이 논문에서
요약
초록
이 작품에서 우리는 독특한 초박형 층 2D 재료를 적층하여 새로운 결정 (반 데르 발스 이종 구조)을 만드는 기술을 설명합니다. 우리는 측면 제어뿐만 아니라, 중요한 것은, 또한 인접 한 층의 각도 정렬을 제어 할 뿐만 아니라 보여줍니다. 기술의 핵심은 사용자가 전송에 관련된 개별 결정의 위치를 제어 할 수 있도록 홈 내장 전송 설정으로 표현된다. 이것은 서브 마이크로미터 (번역) 및 서브 도 (각도) 정밀도로 달성된다. 함께 스태킹하기 전에, 절연 된 결정은 개별적으로 프로그래밍 된 소프트웨어 인터페이스에 의해 제어되는 사용자 정의 설계 이동 단계에 의해 조작된다. 또한 전체 전송 설정은 컴퓨터 제어이므로 사용자는 전송 설정과 직접 접촉하지 않고도 원격으로 정확한 이종 구조를 생성할 수 있으며 이 기술을 "핸즈프리"로 표시할 수 있습니다. 전사 셋업을 제시하는 것 외에도, 우리는 또한 이후에 적층되는 결정을 준비하기 위한 두 가지 기술을 설명합니다.
서론
2차원(2D) 물질의 급증하는 분야연구는 연구자들이 그래핀1,2, 3(탄소 원자의 원자적으로 평평한 시트)을 분리할 수 있는 기술을 개발한 후 시작되었습니다. 흑연. 그래핀은 반 데르 발스 재료 또는 결정이라고도 하는 더 큰 계층화된 2D 재료의 구성원입니다. 그들은 강한 공유 내층 결합과 약한 반 데르 발스 층간 커플링이 있습니다. 따라서 흑연에서 그래 핀을 분리하는 기술은 약한 층간 결합을 깨고 단일 층을 분리 할 수있는 다른 2D 재료에도 적용 될 수 있습니다. 이 분야의 한 가지 주요 개발은 2차원 재료의 인접한 층을 결합한 반 데르 발스 결합이 깨질수 있는 것처럼, 2,4를다시 함께 넣을 수 있다는 시연이었다. 따라서 2D 재료의 결정은 뚜렷한 특성을 가진 2D 재료의 층을 제어하여 생성할 수 있습니다. 이것은 이전에 자연에서 존재하지 않았던 물질이 이전에 접근 할 수없는 물리적 현상 4,5,
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프로토콜
1. 양도 절차에 대한 계측
- 전달 공정을 시각화하기 위해 밝은 필드 조명에서 작동 할 수있는 광학 현미경을 활용하십시오. 2D 결정의 일반적인 크기는 1-500 μm2이기 때문에 현미경에 5x, 50x 및 100 x 장거리 목표를 장착합니다. 현미경은 컴퓨터에 연결되는 카메라도 장착되어 있어야 합니다(그림1a).
- 별도의 조작기를 사용하여 적층될 두 결정의 위치를 개별적으로 제어합니다. 전송 절차 중에 진동을 최소화하기 위해 컴퓨터에서 프로그래밍 및 제어가능한 조작기를 사용합니다.
참고: 상단 기판 홀더의 이동을 담당하는 조작기(그림 1b-c)는 X, Y 및 Z 방향으로만 이동하면 됩니다. 중요한 것은, 하단 기판 홀더(도 1e-f)를 제어하는 조작기는 또한 임의의 각도(Θ 평행 및 회전 운동)에 의해 회전할 수 있다. - 샘플을 상단 스테이지 조작기에 부착하기 위해 유리 슬라이드를 지원할 수 있는 사용자 지정 샘플 홀더를 제작합니다. 상단 크리스탈은 유리 슬라이드에 배치됩니다 (그림
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결과
우리의 절차의 결과 그리고 효과를 설명하기 위하여 우리는 얇은 결정 (ReS2)얇은 결정의 각도 제어 스택의 시퀀스를 제시한다. 기재된 방법이 원자적으로 얇은 층에도 적용될 수 있다는 것을 강조하기 위해, 우리는 또한 몰리브덴 이황화물(MoS 2)의두 개의 비교적 꼬인 단층의 시공을 예시한다.
전사 설정의 각도 정렬 기능을 입증하기 위해 우리는 레늄 이황화물(ReS 2)을 사용합니다. 때문에 평면 이방성 격자 구조, 이 결정은 기계적으로 잘 정의 된 가장자리23,24가늘고 긴 막대로 각질을 제거합니다. 이것은 각도 정렬의 데모를위한 완벽한 후보입니다. 프로토콜에 설명된 PDMS 스탬핑 방법을 사용하여,.......
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토론
여기에 제시된 홈 빌드 전송 설정은 측면 및 회전 제어 모두에서 새로운 계층 재료를 구축하는 방법을 제공합니다. 문헌10,25에기재된 다른 솔루션과 비교하여, 우리의 시스템은 복잡한 인프라를 필요로 하지 않지만, 2D 결정의 조절된 정렬의 목표를 달성한다.
절차에서 가장 중요한 단계는 상단 크리스탈을 하단과 접촉하여 정렬하고 배치하는 것입니다. 진동은 정렬 실패의 원인이 될 수 있으므로 그 효과를 최소화해야 합니다. 이와 관련하여 여기에 제시된 "핸즈프리" 셋업의 장점은 사용자가 조작기의 수동 취급으로 인한 진동을 유발할 위험이 없다는 것입니다. 진동이 낮은 환경이나 진동 감쇠 메커니즘이 장착된 테이블에 셋업을 배치하면 추가적인 개선을 이룰 수 있습니다.
반 데르 발스 이종 구조를 만들 때 고려해야 할 회전 정렬이 점점 더 중.......
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없다. 저자는 경쟁적인 재정적 이해관계가 없습니다.
감사의 글
저자는 오타와 대학과 NSERC 디스커버리 보조금 RGPIN-2016-06717 및 NSERC SPG QC2DM에서 자금을 인정합니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 5X 대물 렌즈 | Nikon Metrology | MUE12050 | 23.5mm 작동 거리 및 0.15 개구 |
| 50X 대물 렌즈 | Nikon Metrology | MUE21500 19mm 작동 거리 및 0.4 개구 | |
| 100X 대물 렌즈 Nikon | Metrology | MUE21900 | 4.5mm 작동 거리 및 0.8 개구 |
| Acetone | Sigma-Aldrich | 270725 | 순도 ≥ 99.90% |
| 점착 테이프 | Ultron Systems, Inc. | ||
| Anisole | MicroChem | ||
| 원자력 현미경 | Bruker | Dimension Icon | 우리는 ScanAsyst 모드를 사용합니다. |
| 스테이지 회전 조작기 | Zaber Technologies | X-RSW60A-PTB2 | 360도; 4.091의 단계 크기로 여행; rad |
| 하단 스테이지 X 매니퓰레이터 | Zaber Technologies | X-LSM025A-PTB2 | 47.625nm의 스텝 크기로 25mm 이동 |
| 스테이지 Y 매니퓰레이터 | Zaber Technologies | X-LSM025A-PTB2 | 25mm, 47.625nm의 스텝 크기로 이동 |
| 하단 스테이지 Z 매니퓰레이터 | Zaber Technologies | X-VSR40A-KX14A | 40nm의 스텝 크기로 95.25mm 이동 |
| 이소프로판올 | Sigma-Aldrich | 563935 | 순도 99.999% |
| LabVIEW 소프트웨어 | National Instruments | ||
| Macor | McMaster-Carr | 8489K238 | |
| 현미경 카메라 | Zeiss | 426555-0000-000 | 5 메가픽셀, 47 fps 라이브 프레임 속도, 노출 시간 100 μ s - 2 s, 컬러 카메라 |
| 이황화 몰리브덴 (MoS2) | HQ 그래핀 | ||
| 광학 브레드보드 | Thorlabs, Inc. | MB4545/M | |
| 광학 현미경 | 니콘 계측학 | LV150N | |
| 산소 플라즈마 에칭기 | 플라즈마 에칭, Inc. | PE-50 | |
| PDMS 스탬프 | 젤 팩 | PF-20-X4 | |
| PMMA 950 A6 | MichroChem Corp. | M230006 0500L1GL | |
| 폴리프로필렌 탄산염 | Sigma-Aldrich | 389021-100g | |
| PVA Partall #10 | Composites Canada | ||
| Rhenium disulfide (ReS2) | HQ 그래핀 | ||
| Si/SiO2 기판 | Nova Electronics Materials | HS39626-OX | |
| 스핀 코터 | Laurell Technologies | WS-650-23 | |
| 온도 컨트롤러 | Auber Instruments | SYL-23X2-24 | J 타입 열전대를 통해 하단 스테이지의 온도를 제어합니다. |
| 상단 스테이지 컨트롤러 유닛 | Mechonics | CF.030.0003 | |
| 상단 스테이지 X 매니퓰레이터 | Mechonics | MS.030.1800 | 18 mm 여행, 11 nm의 스텝 크기 |
| 상단 스테이지 Y 매니퓰레이터 | Mechonics | MS.030.1800 | 11 nm의 스텝 사이즈로 18 mm 이동 |
| Top stage Z 매니퓰레이터 | Mechonics | MS.030.3000 | 11 nm의 스텝 사이즈로 30 mm 트래블 |
| 초음파 수조 | Elma Schmidbauer GmbH | Elmasonic P 30 H |
참고문헌
- 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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