Name: Van der Waals Heterostructures met precieze rotatie uitlijning (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 25 s
Description: Leer van der Waals heterostructuren maken met subgraadse hoekuitlijning tussen 2D-materialen. Deze methode minimaliseert handmatige fouten en verbetert de steekproefzuiverheid voor geavanceerde toepassingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs erkennen de financiering van de Universiteit van Ottawa en NSERC Discovery Grant RGPIN-2016-06717 en NSERC SPG QC2DM.

1. instrumentatie voor de overdrachtsprocedure
<ol><li>Om het overdrachtsproces te visualiseren, gebruik maken van een optische Microscoop die kan werken onder helder-veldverlichting. Aangezien de typische afmetingen van de 2D-kristallen 1 – 500 μm2zijn, rust de Microscoop uit met 5x, 50x en 100x lange werkafstanddoelstellingen. De Microscoop moet ook zijn uitgerust met een camera die is aangesloten op een computer (Figuur 1a).</li>
	<li>Gebruik afzonderlijke manipulatoren om de positie van de twee kristallen die op het scherm staan te stapelen individueel te regelen. Gebruik manipulatoren die programmeerbaar en controleerbaar zijn door een computer om trillingen tijdens de overdrachtsprocedure te minimaliseren. Opmerking: de manipulatoren die verantwoordelijk zijn voor de verplaatsing van de bovenste substraat houder (Figuur 1b-c) hoeven alleen in de X-, Y-en Z-richting te bewegen. Belangrijk is dat de manipulatoren die verantwoordelijk zijn voor het beheersen van de onderste substraat houder (Figuur 1e-f) ook in staat zijn om te roteren door elke hoek Θ (translationele en rotatie beweging).</li>
	<li>Om de monsters op de bovenste podium manipulatoren te hechten, fabriceren aangepaste Monsterhouders die een glazen glijbaan kunnen ondersteunen; het bovenste kristal wordt op de glazen glijbaan geplaatst (figuur 1d).</li>
	<li>Plaats voor de onderste manipulatoren een plat verwarmingselement in een bewerkte glas keramische houder (figuur 1g) en bevestig het aan de roterende fase. Sluit het verwarmingselement aan op een stroomvoorziening en een temperatuurregelaar.</li>
	<li>Program meer de controllers met een instrumentatie software (bijvoorbeeld LabVIEW) om de relatieve positie van de manipulatoren te regelen (Figuur 2).<ol>
<li>Om de nodige bewegingen uit te voeren, programmeer de software met de volgende mogelijkheden: individueel of tegelijkertijd Verplaats de manipulatoren; lezen, opslaan en de positie van elke manipulator op te halen; Pas eenvoudig de snelheid van de manipulatoren aan en autofocus het onderste podium. Ingebouwde veiligheidsvoorzieningen om mogelijke botsingen tussen het monster en de lens te voorkomen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. mechanische exfoliatie van een 2D kristal.
<ol><li>Maak een substraat voor de mechanische exfoliatie procedure.<ol>
<li>Submerge 1 cm x 1 cm vierkantjes van silicium/siliciumoxide (si/SiO2) wafers in een bekerglas gevuld met aceton en plaats het bekerglas in een ultrasone reiniger gedurende 10 minuten.</li>
		<li>Verwijder de wafers individueel uit het bekerglas met een pincet en spoel ze met isopropanol (IPA) en droog ze vervolgens af met een stikstof (N2) pistool. Opmerking: bij het werken met aceton en IPA wordt voorgesteld om dit te doen onder een rook afzuigkap terwijl de juiste PPE wordt gedragen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Mechanisch exfoliëren het kristal op het substraat.<ol>
<li>Met behulp van een pincet, voorzichtig verwijderen van een deel van het kristal en plaats het op een stuk van halfgeleider-grade plakband.</li>
		<li>Neem een tweede stukje plakband en druk het stevig tegen de eerste tape met kristal en pel vervolgens de twee stukjes tape weg. Na meerdere malen herhaald, zullen veel dunnere stukjes kristal op de tape worden aangetroffen.</li>
		<li>Druk de plakband met de dunne 2D-kristallen op een vers gereinigde ondergrond zodat het kristal in direct contact staat met het substraat en verwijder de tape om geëxfolieerd vlokken op de ondergrond te laten liggen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Om eventuele rest lijm te verwijderen, plaatst u de resulterende monsters (substraten met 2D-kristallen die op hun oppervlak zijn geëxtrigeerd) in een bekerglas gevuld met aceton gedurende 10 min. Verwijder de monsters met een pincet, spoel ze af met IPA en droog met een N2 -pistool.</li>
	<li>Gebruik een optische Microscoop om de geëxfolieerd Flakes te onderzoeken. Bereken de dikte door het optische contrast van de Vlok te beoordelen met het substraat22. Afbeelding van de vlokken met behulp van atomaire kracht microscopie (AFM) in de tapmodus (Zie de tabel met materialen) om de oppervlaktemorfologie beter te kwantificeren en de dikte van de Vlok te meten.</li>
</ol>3. PMMA-PVA methode voor het vervaardigen van van der Waals halfgeleiderheterostructuren (bovenste substraat preparaat).
<ol><li>Bereid het bovenste substraat voor de overdrachtsprocedure door het kristal te exfoliëren op een poly (methylmethacrylaat) (PMMA) film bevestigd aan een glazen glijbaan (Figuur 3a-d).<ol>
<li>Volg de procedure beschreven in stap 2,1. om een schoon substraat te verkrijgen. Spin Coat een laag polyvinylalcohol (PVA) op het substraat bij 3.000 rpm gedurende 1 minuut door het protocol te volgen dat wordt beschreven in de gebruikershandleiding van het instrument. Let op: bij gebruik van de spin coater wordt voorgesteld dit te doen onder een rook afzuigkap tijdens het dragen van de juiste PPE.</li>
		<li>Plaats het substraat direct op een hete plaat en bak het in de lucht bij 75 °C gedurende 5 minuten.</li>
		<li>Spin Coat een laagje PMMA op het substraat uit stap 3.1.2 door een procedure te volgen die vergelijkbaar is met die in stap 3.1.1, maar deze keer de draaiende parameters op een hoeksnelheid van 1.500 rpm gedurende 1 minuut (Figuur 3a).</li>
		<li>Plaats het substraat direct op een hete plaat en bak het in de lucht bij 75 °C gedurende 5 minuten.</li>
		<li>Verwijder het substraat van de hete plaat en plaats stukjes kleefband langs de randen om een tape frame te maken. Vervolgens mechanisch exfoliëren een 2D kristal op het oppervlak van de PMMA door de volgende stap 2,2 (Figuur 3b).</li>
		<li>Gebruik scherpe pincet om de PMMA van de PVA te scheiden door het tape frame langzaam terug te pellen. De PMMA-laag en het geëxfiltreerde kristal samen met het tape frame worden losgekoppeld van de PVA-en si/SiO2 -ondergrond (figuur 3c).</li>
		<li>Keer het tape frame om en plaats het op een bewerkte steun zodat het kristal naar beneden wordt gericht (figuur 3D). Opmerking: deze ondersteuning stelt de gebruiker in staat om het tape frame onder een optische Microscoop te plaatsen om de exfoliatie op PMMA te inspecteren en een vlok te identificeren met de gewenste dikte en geometrie.</li>
		<li>Gebruik scherpe pincet en de optische Microscoop om een kleine ring (0,5 mm Binnenradius) precies op de PMMA-film te plaatsen, zodat deze de gewenste vlok omringt (figuur 3D).</li>
		<li>Verlaag een glazen glijbaan en hecht deze aan het polymeer door deze tegen de blootgestelde tape te drukken.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Polydimethylsiloxaan (PDMS) stampende methode voor het vervaardigen van van der Waals halfgeleiderheterostructuren (bovenste substraat preparaat).
<ol><li>Bereid een polypropyleen carbonaat (PPC) oplossing voor spin coating door het mengen van drie onderdelen PPC kristal met zeventien delen Anisole. Dit wordt gedaan door de oplossing te laten mengen in een roerder gedurende ongeveer 8 uur of totdat de oplossing homogeen is.</li>
	<li>Bereid de bovenste ondergrond voor op de overdrachtsprocedure door kristal te exfoliëren op een PPC-film en vervolgens op een PDMS-stempel te plaatsen die aan een glasplaat is bevestigd (figuur 4a-d).<ol>
<li>Volg de procedure in stap 2,1. om een schoon substraat te verkrijgen. Spin Coat een laag PPC op het substraat bij 3.000 rpm gedurende 1 min (Fig. 4a).</li>
		<li>Plaats het substraat direct op een hete plaat en bak het in de lucht bij 75 °C gedurende 5 minuten.</li>
		<li>Verwijder het substraat van de hete plaat en plaats stukjes kleefband langs de randen om een tape frame te maken.</li>
		<li>Mechanisch exfoliëren het 2D gelaagde kristal op het PPC gecoate substraat door stap 2,2 te volgen en de optische Microscoop te gebruiken om een vlok te identificeren met de gewenste dikte en geometrie. (Figuur 4b).</li>
		<li>Gebruik een schaar of een chirurgisch lemmet om een stukje PDMS in een 2 mm x 2 mm vierkant te knippen en plaats het in een zuurstofplasma etser gedurende 2 minuten bij 50 W en 53,3 pa.</li>
		<li>Druk aan het einde van de cyclus op een glazen schuif op de PDMS-stempel om de twee samen te voegen. Plaats de glasplaat en de PDMS-stempel terug in de zuurstof plasma etser om dezelfde cyclus te ondergaan. Verwijder de glasplaat wanneer de cyclus is beëindigd.</li>
		<li>Gebruik pincet, Trek voorzichtig het tape frame terug en haal de PPC-film op met het geëxfolieerd Crystal (figuur 4c) en plaats deze op de PDMS-stempel zodat de gewenste vlok op de stempel staat.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. het overbrengen van vlokken van het bovenste substraat naar het bodemsubstraat met behulp van de PMMA-PVA-methode (figuur 3e-h).
<ol><li>Plaats een substraat in de onderste fase van de transfer instelling. Identificeer op dit substraat de positie van de gewenste vlok. Deze vlok zal het "onderste" kristal zijn. Plaats ook de bovenste ondergrond (de glazen schuif van stap 3.1.9) in de bovenste substraat houder van de transfer Setup (figuur 3e).</li>
	<li>Gebruik een doelstelling met een lage vergroting (5x), breng het onderste substraat scherp en plaats de gewenste schilfer. Verlaag het bovenste substraat langzaam totdat het de diepte van het veld van de doelstelling betreedt. Pas de laterale positie en de rotatie uitlijning van de twee vlokken aan.</li>
	<li>Gebruik een doelstelling met een hogere vergroting (50x) en blijf de bovenste ondergrond verlagen terwijl de Vlok uitlijning wordt aangepast. Verlaag de bovenste ondergrond tot de bovenste vlok de onderste vlok volledig in contact heeft. Contact is merkbaar door een plotselinge verandering van kleur.</li>
	<li>Verwarm het onderste substraat tot 75 °C voor een betere hechting van PMMA op het onderste substraat. De PMMA wordt losgekoppeld van de glazen glijbaan (figuur 3F).</li>
	<li>Reinig het onderste substraat na stap 2,3 om de PMMA-film (figuur 3G-h) te verwijderen.</li>
</ol>6. het overbrengen van vlokken van de bovenste ondergrond naar de bodemsubstraat met behulp van de stempelen methode (figuur 4D-f).
<ol><li>Plaats een substraat in de onderste fase van de transfer instelling. Identificeer op dit substraat de positie van de gewenste vlok. Deze vlok zal het "onderste" kristal zijn. Plaats ook de bovenste ondergrond (de glazen glijbaan met PDM'S van stap 4.2.5 – 4.2.6) in de bovenste substraat houder van de transfer Setup (figuur 4D).</li>
	<li>Verwarm het onderste substraat tot 100 °C en volg vervolgens de stappen 5.2 – 5.4 om het bovenste kristal met de onderste vlok af te stemmen en in contact te brengen (figuur 4e).</li>
	<li>Zodra het volledige contact is gemaakt tussen de twee vlokken (figuur 4e), verhoogt u langzaam de bovenste ondergrond. Dit resulteert in de afgifte van de bovenste vlok van de stempel naar het onderste substraat (figuur 4F).</li>
</ol>

<ol><li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electric+Field+Effect+in+Atomically+Thin+Carbon+Films%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films.</a> Science. 306 (5696), 666(2004).</li>
<li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-dimensional+atomic+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Two-dimensional atomic crystals.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (30), 10451(2005).</li>
<li>Zhang, Y., Tan, Y. -W., Stormer, H. L., Kim, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+observation+of+the+quantum+Hall+effect+and+Berry%27s+phase+in+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene.</a> Nature. 438, Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nature04235#supplementary-information ">https://www.nature.com/articles/nature04235#supplementary-information </a> 201(2005).</li>
<li>Geim, A. K., Van Grigorieva, I. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Van+der+Waals+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Van der Waals heterostructures.</a> Nature. 499, 419(2013).</li>
<li>Song, J. C. W., Gabor, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron+quantum+metamaterials+in+van+der+Waals+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Electron quantum metamaterials in van der Waals heterostructures.</a> Nature Nanotechnology. 13 (11), 986-993 (2018).</li>
<li>Jin, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+dynamics+in+van+der+Waals+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Ultrafast dynamics in van der Waals heterostructures.</a> Nature Nanotechnology. 13 (11), 994-1003 (2018).</li>
<li>Rivera, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interlayer+valley+excitons+in+heterobilayers+of+transition+metal+dichalcogenides%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Interlayer valley excitons in heterobilayers of transition metal dichalcogenides.</a> Nature Nanotechnology. 13 (11), 1004-1015 (2018).</li>
<li>Lu, C. -P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Local%2C+global%2C+and+nonlinear+screening+in+twisted+double-layer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Local, global, and nonlinear screening in twisted double-layer graphene.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , 201606278(2016).</li>
<li>Luican-Mayer, A., Li, G., Andrei, E. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+scale+characterization+of+mismatched+graphene+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Electron+Spectroscopy+and+Related+Phenomena%22%5BJournal%5D)">Atomic scale characterization of mismatched graphene layers.</a> Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 219, 92-98 (2017).</li>
<li>Frisenda, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+progress+in+the+assembly+of+nanodevices+and+van+der+Waals+heterostructures+by+deterministic+placement+of+2D+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Recent progress in the assembly of nanodevices and van der Waals heterostructures by deterministic placement of 2D materials.</a> Chemical Society Reviews. 47 (1), 53-68 (2018).</li>
<li>Ribeiro-Palau, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Twistable+electronics+with+dynamically+rotatable+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Twistable electronics with dynamically rotatable heterostructures.</a> Science. 361 (6403), 690-693 (2018).</li>
<li>Kim, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((van+der+Waals+Heterostructures+with+High+Accuracy+Rotational+Alignment%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">van der Waals Heterostructures with High Accuracy Rotational Alignment.</a> Nano Letters. 16 (3), 1989-1995 (2016).</li>
<li>Cao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unconventional+superconductivity+in+magic-angle+graphene+superlattices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices.</a> Nature. 556 (7699), 43(2018).</li>
<li>Luican, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-layer+behavior+and+its+breakdown+in+twisted+graphene+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+review+letters%22%5BJournal%5D)">Single-layer behavior and its breakdown in twisted graphene layers.</a> Physical review letters. 106 (12), 126802(2011).</li>
<li>Li, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+Van+Hove+singularities+in+twisted+graphene+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Physics%22%5BJournal%5D)">Observation of Van Hove singularities in twisted graphene layers.</a> Nature Physics. 6 (2), 109(2010).</li>
<li>Castellanos-Gomez, A., van der Zant, H. S. J., Steele, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Folded+MoS2+layers+with+reduced+interlayer+coupling%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Research%22%5BJournal%5D)">Folded MoS2 layers with reduced interlayer coupling.</a> Nano Research. 7 (4), 572-578 (2014).</li>
<li>van der Zande, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailoring+the+Electronic+Structure+in+Bilayer+Molybdenum+Disulfide+via+Interlayer+Twist%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Tailoring the Electronic Structure in Bilayer Molybdenum Disulfide via Interlayer Twist.</a> Nano Letters. 14 (7), 3869-3875 (2014).</li>
<li>Huang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+the+Interlayer+Coupling+of+Twisted+Bilayer+MoS2+Using+Photoluminescence+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Probing the Interlayer Coupling of Twisted Bilayer MoS2 Using Photoluminescence Spectroscopy.</a> Nano Letters. 14 (10), 5500-5508 (2014).</li>
<li>Liu, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolution+of+interlayer+coupling+in+twisted+molybdenum+disulfide+bilayers%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Evolution of interlayer coupling in twisted molybdenum disulfide bilayers.</a> Nature Communications. 5, Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/ncomms5966#supplementary-information">https://www.nature.com/articles/ncomms5966#supplementary-information</a> 4966(2014).</li>
<li>Cao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlated+insulator+behaviour+at+half-filling+in+magic-angle+graphene+superlattices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices.</a> Nature. 556, 80(2018).</li>
<li>Yankowitz, M., et al. Tuning superconductivity in twisted bilayer graphene. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1808.07865">https://arxiv.org/abs/1808.07865</a> (2018).</li>
<li>Blake, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Making+graphene+visible%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Making graphene visible.</a> Applied Physics Letters. 91 (6), 063124(2007).</li>
<li>Lin, Y. -C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-Layer+ReS2%3A+Two-Dimensional+Semiconductor+with+Tunable+In-Plane+Anisotropy%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Single-Layer ReS2: Two-Dimensional Semiconductor with Tunable In-Plane Anisotropy.</a> ACS Nano. 9 (11), 11249-11257 (2015).</li>
<li>Chenet, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In-Plane+Anisotropy+in+Mono-+and+Few-Layer+ReS2+Probed+by+Raman+Spectroscopy+and+Scanning+Transmission+Electron+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">In-Plane Anisotropy in Mono- and Few-Layer ReS2 Probed by Raman Spectroscopy and Scanning Transmission Electron Microscopy.</a> Nano Letters. 15 (9), 5667-5672 (2015).</li>
<li>Masubuchi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Autonomous+robotic+searching+and+assembly+of+two-dimensional+crystals+to+build+van+der+Waals+superlattices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Autonomous robotic searching and assembly of two-dimensional crystals to build van der Waals superlattices.</a> Nature Communications. 9 (1), 1413(2018).</li>
<li>Ling, X., Wang, H., Huang, S., Xia, F., Dresselhaus, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+renaissance+of+black+phosphorus%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">The renaissance of black phosphorus.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (15), 4523-4530 (2015).</li>
<li>Huang, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Layer-dependent+ferromagnetism+in+a+van+der+Waals+crystal+down+to+the+monolayer+limit%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Layer-dependent ferromagnetism in a van der Waals crystal down to the monolayer limit.</a> Nature. 546, 270(2017).</li>
<li>Kim, H. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One+Million+Percent+Tunnel+Magnetoresistance+in+a+Magnetic+van+der+Waals+Heterostructure%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">One Million Percent Tunnel Magnetoresistance in a Magnetic van der Waals Heterostructure.</a> Nano Letters. 18 (8), 4885-4890 (2018).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen. De auteurs hebben geen concurrerende financiële belangen.

De huisgemaakte overdrachts instellingen die hier worden gepresenteerd, bieden een methode voor het bouwen van nieuwe gelaagde materialen met zowel laterale als roterende controle. In vergelijking met andere oplossingen beschreven in de literatuur10,25, ons systeem vereist geen complexe infrastructuur, maar het bereikt het doel van gecontroleerde uitlijning van 2D kristallen.
De meest kritieke stap in de procedure is het uitlijnen en p...

Onderzoek in het ontluikende veld van tweedimensionale (2D) materialen begon nadat de onderzoekers een techniek ontwikkelden die de isolatie van grafeen1,2,3 (een atomisch vlakke plaat van koolstofatomen) van Graphite. Graphene is een lid van een grotere klasse van gelaagde 2D-materialen, ook wel van der Waals materialen of kristallen genoemd. Ze hebben een sterke covalente intralayer binding en zwakke van der Waals tussenlaag koppeling. Daarom kan de techniek voor het isoleren van grafeen uit grafiet ook worden toegepast op andere 2D-materialen waar men de zwakke tussenlaag bindingen kan breken en enkele lagen isoleert. Een belangrijke ontwikkeling in het veld was de demonstratie dat, net zoals de van der Waals-obligaties die aangrenzende lagen van tweedimensionale materialen in elkaar houden, kunnen worden gebroken, ze ook samen2,4kunnen worden teruggeplaatst. Daarom kunnen kristallen van 2D-materialen worden gemaakt door lagen van 2D-materialen met verschillende eigenschappen op elkaar te stapelen. Dit stimude veel belangstelling, omdat materialen die voorheen onbestaande waren in de natuur kunnen worden gecreëerd met als doel het ontdekken van voorheen ontoegankelijke fysieke verschijnselen4,5,6,7 ,8,9 of het ontwikkelen van superieure apparaten voor technologie toepassingen. Daarom is het hebben van precieze controle over het stapelen van 2D-materialen een van de belangrijkste doelen in het onderzoeksveld10,11,12geworden.
In het bijzonder bleek de draaihoek tussen aangrenzende lagen in van der Waals halfgeleiderheterostructuren een belangrijke parameter te zijn voor het beheersen van materiaaleigenschappen13. In sommige hoeken kan de introductie van een relatieve twist tussen aangrenzende lagen bijvoorbeeld de twee lagen effectief elektronisch ontkoppelen. Dit werd bestudeerd zowel in grafeen14,15 als in overgangsmetalen dichalcogenides16,17,18,19. Meer recentelijk werd het verrassend gevonden dat het ook de toestand van de materie van deze materialen kan veranderen. De ontdekking dat dubbelgelaagde grafeen gericht op een "magische hoek" gedraagt zich als een Mott isolator bij lage temperaturen en zelfs een supergeleider wanneer de elektronen dichtheid correct is afgesteld heeft grote belangstelling gewekt en een realisatie van het belang van de hoekige controle bij het fabriekeren van gelaagde van der Waals halfgeleiderheterostructuren13,20,21.
Gemotiveerd door de wetenschappelijke kansen die zijn ontstaan door het idee van het afstemmen van de eigenschappen van nieuwe van der Waals materialen door het aanpassen van de relatieve oriëntatie tussen de lagen, presenteren we een huis gebouwd instrument samen met de procedure om dergelijke structuren te creëren met hoekige controle.

<table><tbody><tr><td>5X objectieflens</td><td>Nikon Metrology</td><td>MUE12050</td><td>23,5 mm werkafstand en 0,15 numerieke opening</td></tr><tr><td>50X objectieflens</td><td>Nikon Metrology</td><td>MUE21500</td><td>19 mm werkafstand en 0,4 numerieke opening</td></tr><tr><td>100X objectieflens</td><td>Nikon Metrology</td><td>MUE21900</td><td>4,5 mm werkafstand en 0,8 numerieke opening</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>270725</td><td>Zuiverheid &ge;99,90%</td></tr><tr><td>Kleefband</td><td>Ultron Systems, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Anisol</td><td>MicroChem</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Atomaire krachtmicroscoop</td><td>Bruker</td><td>Dimension Icon</td><td>We gebruiken typisch de ScanAsyst-modus</td></tr><tr><td>Onderste trap draaimanipulator</td><td>Zaber Technologies</td><td>X-RSW60A-PTB2</td><td>360&deg; beweging met stapgrootte van 4,091 &mu;rad</td></tr><tr><td>Onderste trap X-manipulator</td><td>Zaber Technologies</td><td>X-LSM025A-PTB2</td><td>25 mm beweging met stapgrootte van 47,625 nm</td></tr><tr><td>Onderste trap Y-manipulator</td><td>Zaber Technologies</td><td>X-LSM025A-PTB2</td><td>25 mm beweging met stapgrootte van 47,625 nm</td></tr><tr><td>Onderste trap Z-manipulator</td><td>Zaber Technologies</td><td>X-VSR40A-KX14A</td><td>40 mm beweging met stapgrootte van 95,25 nm</td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>563935</td><td>Zuiverheid 99,999%</td></tr><tr><td>LabVIEW software</td><td>National Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Macor</td><td>McMaster-Carr</td><td>8489K238</td><td></td></tr><tr><td>Microscoopcamera</td><td>Zeiss</td><td>426555-0000-000</td><td>5 megapixel, 47 fps live framesnelheid, belichtingstijd van 100 &mu;s - 2 s, kleurencamera</td></tr><tr><td>Molybdeendisulfide (MoS2)</td><td>HQ Graphene</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Optisch breadboard</td><td>Thorlabs, Inc.</td><td>MB4545/M</td><td></td></tr><tr><td>Optisch microscoop</td><td>Nikon Metrology</td><td>LV150N</td><td></td></tr><tr><td>Zuurstofplasmeetser</td><td>Plasma Etch, Inc.</td><td>PE-50</td><td></td></tr><tr><td>PDMS stempel</td><td>Gel-Pak</td><td>PF-20-X4</td><td></td></tr><tr><td>PMMA 950 A6</td><td>MichroChem Corp.</td><td>M230006 0500L1GL</td><td></td></tr><tr><td>Polypropyleencarbonaat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>389021-100g</td><td></td></tr><tr><td>PVA Partall #10</td><td>Composites Canada</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rheniumdisulfide (ReS2)</td><td>HQ Graphene</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Si/SiO2 substraat</td><td>Nova Electronics Materials</td><td>HS39626-OX</td><td></td></tr><tr><td>Spin coater</td><td>Laurell Technologies</td><td>WS-650-23</td><td></td></tr><tr><td>Temperatuurregelaar</td><td>Auber Instruments</td><td>SYL-23X2-24</td><td>Regelt de temperatuur van de onderste trap via een J-type thermokoppel</td></tr><tr><td>Top trap controller unit</td><td>Mechonics</td><td>CF.030.0003</td><td></td></tr><tr><td>Top trap X-manipulator</td><td>Mechonics</td><td>MS.030.1800</td><td>18 mm beweging met stapgrootte van 11 nm</td></tr><tr><td>Top trap Y-manipulator</td><td>Mechonics</td><td>MS.030.1800</td><td>18 mm beweging met stapgrootte van 11 nm</td></tr><tr><td>Top trap Z-manipulator</td><td>Mechonics</td><td>MS.030.3000</td><td>30 mm beweging met stapgrootte van 11 nm</td></tr><tr><td>Ultrasoonbad</td><td>Elma Schmidbauer GmbH</td><td>Elmasonic P 30 H</td><td></td></tr></tbody></table>

van der waals heterostructures met precieze rotatie uitlijning

Fabricating van der Waals Heterostructures with Precise Rotational Alignment

In dit werk beschrijven we een techniek voor het maken van nieuwe kristallen (van der Waals heterostructures) door het stapelen van verschillende ultradunne gelaagde 2D materialen. We demonstreren niet alleen laterale controle, maar, belangrijk, ook controle over de hoek uitlijning van aangrenzende lagen. De kern van de techniek wordt vertegenwoordigd door een huisgemaakte Transfer Setup waarmee de gebruiker de positie kan bepalen van de individuele kristallen die bij de overdracht betrokken zijn. Dit wordt bereikt met sub-micrometer (translationele) en sub-graden (hoekige) precisie. Voordat ze samen worden gestapeld, worden de geïsoleerde kristallen individueel gemanipuleerd door op maat ontworpen bewegende stadia die worden bestuurd door een geprogrammeerde software-interface. Bovendien kan de gebruiker, aangezien de gehele overdrachts instelling computergestuurd is, op afstand precieze Heterostructuren creëren zonder in direct contact te komen met de overdrachts instellingen, waarbij deze techniek als "Handsfree" wordt gelabeling. Naast het presenteren van de transfer, beschrijven we ook twee technieken voor het bereiden van de kristallen die vervolgens gestapeld worden.

Ter illustratie van de uitkomsten en effectiviteit van onze procedure presenteren we een opeenvolging van hoek-gecontroleerde stapels van renium bisulfide (ReS2) dunne kristallen. Om te benadrukken dat de beschreven methode ook kan worden toegepast op atomisch dunne lagen, illustreren we ook de constructie van twee relatief gedraaide monolagen molybdeen-bisulfide (MoS2).
Om de hoek uitlijning mogelijkheden ...

In dit werk beschrijven we een techniek die wordt gebruikt om nieuwe kristallen (van der Waals heterostructures) te maken door het stapelen van ultradunne gelaagde 2D-materialen met nauwkeurige controle over positie en relatieve oriëntatie.

Van der Waals Heterostructures met precieze rotatie uitlijning

In this work we describe a technique for creating new crystals (van der Waals heterostructures) by stacking distinct ultrathin layered 2D materials. We ...

Dit protocol maakt het mogelijk om materialen te maken die voorheen niet in de natuur bestonden, met als doel het blootleggen van voorheen ontoegankelijke fysieke verschijnselen of het ontwikkelen van superieure apparaten voor technologische toepassingen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de apparatuur op afstand en in een omgevingscontrole kan worden bediend, en dit kan het risico op handmatige fouten verminderen en ook de netheid van het monster verbeteren. Bovendien is het systeem uitgerust met een rotatiefase, waardoor de gebruiker subgraads hoekige uitlijning tussen de twee vlokken kan bereiken.Omdat we werken met dunne kristallen en kleine oppervlaktes, kan de identificatie van een geschikte formaatvlok een uitdaging zijn voor het ongetrainde oog. Bovendien kan het kleine formaat van het kristal gemakkelijk leiden tot verkeerde uitlijning tijdens de overdrachtsprocedure. Daarom wordt aanbevolen om deze stappen zorgvuldig uit te voeren.Veel stappen in het protocol hebben specifieke details die moeilijk uit te leggen zijn, maar ze zijn veel eenvoudiger te volgen wanneer ze visueel worden gepresenteerd. Om het overdrachtsproces te visualiseren, maakt u gebruik van een optische microscoop die kan werken onder heldere-veldverlichting. Rust de microscoop uit met 5x, 50x en 100x lange werkafstand doelstellingen.De microscoop moet ook zijn uitgerust met een camera die verbinding maakt met een computer. Rust twee afzonderlijke manipulatoren uit, die hier worden getoond, om de positie van de kristallen individueel te controleren. Fabriceer aangepaste monsterhouders die een glazen schuif kunnen ondersteunen.Deze monsterhouder wordt gebruikt om het bovenste kristal te plaatsen. Voor de onderste manipulatoren plaatst u een plat verwarmingselement in een bewerkte keramische houder van het glas en breng deze aan op het roterende stadium. Sluit vervolgens het verwarmingselement aan op een voeding en een temperatuurregelaar.Dompel een vierkant van één voor één van een silicium siliciumoxidewafer onder in een beker gevuld met aceton en plaats het bekerglas in een ultrasone reiniger. Na 10 minuten, gebruik een pincet om de wafer te verwijderen uit het bekerglas en spoel het met isopropanol, dan droog de wafer met behulp van een stikstof pistool. Verwijder vervolgens voorzichtig een deel van het kristal en plaats het op een stuk plakband van halfgeleiderkwaliteit.Neem een tweede stuk plakband en druk het stevig tegen de eerste tape met het kristal. Schil de twee stukken tape weg, meerdere keren herhalend, om veel dunne stukjes kristal te produceren. Druk de plakband met de dunne 2D-kristallen op een vers gereinigd substraat, zodat het kristal in direct contact staat met het substraat en de tape afpelt om geëxfolieerde vlokken op het substraat achter te laten.Om eventuele restlijm te verwijderen, plaatst u het resulterende monster in een beker gevuld met aceton. Na 10 minuten, verwijder het monster, spoel af met isopropanol en droog met een stikstofpistool. Bestudeer de geëxfolieerde vlokken met behulp van een optische microscoop om de dikte ervan te schatten door het optische contrast van de vlok met het substraat te beoordelen.Gebruik vervolgens de AFM in de tikmodus om de oppervlaktemorfologie beter te kwantificeren en de vlokdiktete te meten. Bereid het bovensubstraat voor op de overdrachtsprocedure door het kristal op een glazen glijbaan te scrubben met een bijgevoegde polymethylmethacrylaatfilm. Na het verkrijgen van een schoon substraat zoals eerder getoond, plaats het substraat op een spin coater en bedek het met polyvinyl alcohol.Draai het substraat op 3.000 RPM gedurende een minuut om een laag van ongeveer 450 nanometer dik te produceren. Plaats het substraat vervolgens direct op een hete plaat en bak het vijf minuten blootgelegd op 75 graden Celsius. Eenmaal koel, plaats het substraat terug op de spin coater en bedek het met polymethylmethacrylaat.Spin coat een 820-nanometer dikke laag PMMA op het substraat op 1, 500 RPM voor een minuut. Na spin coating, plaats het substraat terug op de hete plaat en bak het onbedekt op 75 graden Celsius. Verwijder na vijf minuten het substraat van de hete plaat en plaats stukjes plakband langs de randen om een tapeframe te creëren.Exfoliëren vervolgens mechanisch een 2D-kristal op het PMMA-oppervlak, zoals weergegeven in de vorige sectie. Gebruik een scherpe pincet om de PMMA te scheiden van de PVA, langzaam afpellend terug het tape frame. De PMMA-laag en het geëxfolieerde kristal, samen met het tapeframe, zullen zich losmaken van de PVA in het silicium-oxide-wafer substraat.Vervolgens, omkeren van de tape frame en plaats het op een bewerkte ondersteuning, zodat het kristal naar beneden wordt gericht. Plaats het monster onder een optische microscoop en gebruik een paar scherpe pincet om een kleine ring precies op de PMMA-film te plaatsen, zodat het de gewenste vlok omringt. Laat vervolgens een glazen schuif zakken en hecht deze aan het polymeer door het tegen de blootgestelde tape te drukken.Plaats het geprepareerde substraat op de onderste fase van de overdrachtsopstelling. Op dit substraat, identificeer de positie van de gewenste vlok. Deze vlok wordt het onderste kristal.Plaats vervolgens het bovenste substraat in de bovenste substraathouder van de overdrachtsopstelling. Met behulp van een lage vergroting doelstelling, breng de bodem substraat in focus en het centrum van de gewenste vlok. Langzaam lager de top substraat totdat het kan worden gezien door het doel.Pas vervolgens de zijdelingse positie en de rotatieuitlijning van de twee vlokken aan. Wanneer de vlokken zijn dicht bij wordt uitgelijnd zoals gewenst, overschakelen naar een 50x doelstelling en blijven de bovenste substraat te verlagen, terwijl het aanpassen van de vlok uitlijning. Dan, eenmaal uitgelijnd, lager het bovenste substraat totdat de bovenste vlok volledig contacten de onderste vlok.Het contact is merkbaar als gevolg van een plotselinge verandering van kleur. Wanneer contact wordt gemaakt, verwarm het bodemsubstraat tot 75 graden Celsius voor een betere hechting van de PMMA aan het bodemsubstraat. De PMMA zal loskomen van de glazen schuif.Reinig vervolgens het ondersubstraat om de PMMA-film te verwijderen. Om de stempelmethode van vlokoverdracht te gebruiken, plaatst u eerst het substraat op de onderste fase van de overdrachtsinstelling. Op dit substraat, identificeer de positie van de gewenste vlok, die het onderste kristal zal zijn.Plaats vervolgens het bovensubstraat in de houder van de overdrachtsopstelling en verwarm het bodemsubstraat tot 100 graden Celsius. Vervolgens uitlijnen en breng het bovenste kristal in contact met de onderste vlok. Zodra volledig contact is gemaakt tussen de twee vlokken, langzaam verhogen van de top substraat.Dit resulteert in het afgeven van de bovenste vlok van de stempel naar het onderste substraat. Kristallen van rhenium disulfide zijn ideaal voor het aantonen van hoekige uitlijning, omdat het mechanisch exfoliates als langwerpige staven met goed gedefinieerde randen. Hier werd de bovenste vlok geplaatst in een hoek van 75 graden naar het onderste kristal met behulp van de PDMS stempelmethode in deze video.Atoomkracht microscopie werd gebruikt om precies te meten van de draaihoek tussen de boven-en onderkant vlokken. Met behulp van de PMMA PVA-procedure werd de overdrachtsopstelling met succes gebruikt om een structuur te creëren die bestaat uit twee monolaagvlokken molybdeendisulfide. De individuele monolagen worden hier getoond geëxfolieerd op PMMA en silicium silicium-dioxide.De aangetoonde procedure resulteert in de hier getoonde structuur door een optische microscoop. Meer details, zoals de dikte en de relatieve positie van de gestapelde monolaag, kunnen met de AFM worden bevestigd. De belangrijkste onderdelen van deze procedure zijn de laterale en rotatie-uitlijning van de vlokken.Andere overdrachtsmethoden bestaan en ze volgen een soortgelijk protocol, en verschillende polymeren en tweedimensionale kristallen kunnen worden gebruikt om bepaalde structuren te fabriceren. En natuurlijk kunnen extra reinigingsmethoden worden gebruikt om ongerepte kristaloppervlakken en interfaces te garanderen. Bij het gebruik van chemicaliën zoals PMMA, aceton en anderen, moet u de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen dragen en de stappen uitvoeren in een goed geventileerde omgeving, zoals een rookkap.

fabricating-van-der-waals-heterostructures-with-precise-rotational

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

De fabricage van elektrisch adresseerbare, high-aspect-ratio (&gt; 1000:1) metalen nanodraden gescheiden door spleten van enkele nanometers behulp van opofferende lagen aluminium en zilver of zelf-geassembleerde monolaag zoals templates wordt beschreven. Deze nanogap structuren zijn vervaardigd zonder clean room of een foto-of electron-beam lithografische processen door een vorm van edge lithografie bekend als nanoskiving.

Fabriceren Nanogaps door Nanoskiving

Er wordt een methode beschreven voor het permanent verlijmen van twee siliciumwafels om een uniforme behuizing te realiseren. Dit omvat wafervoorbereiding, reiniging, RT-hechting en gloeiprocessen. De resulterende gebonden wafers (cellen) hebben uniformiteit van de behuizing ~1%1,2. De resulterende geometrie maakt metingen van beperkte vloeistoffen en gassen mogelijk.

Fabricage van uniforme nanoschaalholtes via Silicon Direct Wafer Bonding

We rapporteren een protocol voor het combineren van de atomaire metrologie van de Scanning Tunneling Microscope voor oppervlaktemodellering met selectieve Atomic Layer Deposition en Reactieve Ionen Etching. Met behulp van een robuust proces dat talrijke atmosferische blootstellingen en transport omvat, worden 3D nanostructuren met atomaire metrologie vervaardigd.

Atomair traceerbaar Nanostructuur Fabrication

In deze paper presenteren we een protocol toe direct een epitaxiale nog flexibele leiding zirkonium titanate geheugen element op muscoviet mica.

Een fabricage- en meetmethode voor een flexibele ferroelektrische Element op basis van Van Der Waals Heteroepitaxy

Berekeningen die worden uitgevoerd door het Vienna ab initio simulatie pakket kunnen worden gebruikt om de intrinsieke elektronische eigenschappen van nanoschaal materialen te identificeren en de potentiële watersplitsings fotokatalysatoren te voorspellen.

Probe type II band uitlijning in eendimensionale van der Waals Heterostructuren met behulp van berekeningen van de eerste principes

Hier wordt een protocol gepresenteerd voor het analyseren van nanostructurele veranderingen tijdens in situ biasing met transmissie elektronenmicroscopie (TEM) voor een gestapelde metaal-isolator-metaalstructuur. Het heeft belangrijke toepassingen in resistieve schakelbalken voor de volgende generatie programmeerbare logische circuits en neuromimicking hardware, om hun onderliggende werkingsmechanismen en praktische toepasbaarheid te onthullen.

In Situ Transmission Electron Microscopy met biasing en fabricage van asymmetrische dwarsbalken op basis van gemixte a-VOx

Dit artikel presenteert een geoptimaliseerd, op ervaring gebaseerd protocol voor het vervaardigen van hoogwaardige op grafeen gebaseerde moiré-superroosterapparaten met nauwkeurige draaihoeken, met behulp van een aangepaste droge overdrachtstechniek op basis van een zeer afstembare, op maat gemaakte overdrachtsopstelling.

Geoptimaliseerde fabricageprocedure voor hoogwaardige Moiré Superlattice-apparaten op basis van grafeen

Deze studie presenteert een residuvrije fabricagemethodologie voor het produceren van enkele vlokken van tweedimensionale materialen en het samenvoegen ervan tot complexe heterostructuren met alleen van der Waals-interacties. De techniek elimineert de noodzaak van externe stoffen en specifieke experimentele omstandigheden, waardoor complexe heterostructuurassemblages mogelijk zijn door middel van bottom-up, top-down en modulaire stapelprocessen.

Residuvrije fabricage van van der Waals heterostructuren van tweedimensionale materialen

Metamaterialen bij terahertz frequenties bieden unieke mogelijkheden, maar zijn uitdagend om te fabriceren in bulk. Wij passen de fabricage procedure voor micro polymere optische vezels mogelijk om goedkoop te fabriceren metamaterials op industriële schaal. Wij produceren polymethylmethacrylaat vezels met ~ 10 micrometer diameter indium draden gescheiden door ~ 100 um, die een terahertz plasmonische reactie vertonen.

Fabriceren Metamaterialen Met behulp van de Fiber tekenmethode

We demonstreren hoe de grootteverdeling van halfgeleider nanokristallen bepalen kwantitatieve wijze met Raman spectroscopie toepassing van een analytisch gedefinieerde meerdere deeltjes fonon opsluiting model. De resultaten zijn in uitstekende overeenkomst met de andere grootte analyse technieken zoals transmissie-elektronenmicroscopie en fotoluminescentie spectroscopie.

Karakterisering van Nanocrystal Size Distribution met Raman spectroscopie met een Multi-deeltje Phonon opsluiting Model

Leer van der Waals heterostructuren maken met subgraadse hoekuitlijning tussen 2D-materialen. Deze methode minimaliseert handmatige fouten en verbetert de steekproefzuiverheid voor geavanceerde toepassingen.

Van der Waals Heterostructures met precieze rotatie uitlijning

Meer video's verkennen