Summary
I dette arbeidet beskriver vi en teknikk som brukes til å lage nye krystaller (van der Waals heterostructures) ved å stable ultratynne lagdelte 2D-materialer med presis kontroll over posisjon og relativ orientering.
Abstract
I dette arbeidet beskriver vi en teknikk for å lage nye krystaller (van der Waals heterostructures) ved å stable distinkte ultratynne lagdelte 2D-materialer. Vi viser ikke bare lateral kontroll, men viktigst, også kontroll over kantete justering av tilstøtende lag. Kjernen i teknikken er representert ved en hjemmelaget overføring oppsett som tillater brukeren å kontrollere plasseringen av de enkelte krystaller som er involvert i overføringen. Dette oppnås med sub-mikrometer (translational) og sub-graders (kantete) presisjon. Før stable dem sammen, de isolerte krystaller er individuelt manipulert av spesialdesignede bevegelige stadier som styres av et programmert programvaregrensesnitt. Videre, siden hele overføringen oppsettet er datamaskinen styres, kan brukeren eksternt opprette presise heterostructures uten å komme i direkte kontakt med overføringen oppsett, merking denne teknikken som "Hands-Free". I tillegg til å presentere overførings oppsettet, beskriver vi også to teknikker for å forberede krystallene som deretter stables.
Introduction
Forskning i det spirende feltet av todimensjonale (2D) materialer begynte etter at forskerne utviklet en teknikk som aktiverte isolasjonen av grafen1,2,3 (en atomically flat ark av karbonatomer) fra Grafitt. Grafen er medlem av en større klasse med lagdelte 2D-materialer, også referert til som Van der Waals materialer eller krystaller. De har sterke kovalente intralayer binding og svake Van der Waals mellomlag kopling. Derfor kan teknikken for å isolere grafen fra grafitt også brukes på andre 2D-materialer der man kan bryte de svake mellomlag obligasjoner og isolere enkelt lag. En viktig utvikling i feltet var demonstrasjonen at akkurat som Van der Waals obligasjoner holder tilstøtende lag av to-dimensjonale materialer sammen kan brytes, kan de også bli satt sammen igjen2,4. Derfor kan krystaller av 2D materialer lages ved controllably stabling sammen lag av 2D materialer med distinkte egenskaper. Dette påvirket en stor del av interesse, som materialer tidligere inexistent i naturen kan skapes med mål om enten avdekke tidligere utilgjengelige fysiske fenomener4,5,6,7 ,8,9 eller utvikle overlegne enheter for teknologi applikasjoner. Derfor har presis kontroll over stabling 2D materialer har blitt en av de viktigste målene i forskningen feltet10,11,12.
Spesielt var Twist vinkelen mellom tilstøtende lag i Van der Waals heterostructures vist å være en viktig parameter for å kontrollere materialets egenskaper13. For eksempel, i noen vinkler, kan innføringen av en relativ vridning mellom tilstøtende lag effektivt elektronisk koble de to lagene. Dette ble studert både i grafen14,15 , så vel som i overgangen metaldichalcogenides 16,17,18,19. Mer nylig ble det overraskende funnet at det kan også endre tilstanden av materie av disse materialene. Oppdagelsen av at bilayer grafen orientert på en "magisk vinkel" oppfører seg som en Mott isolator ved lave temperaturer og til og med en superleder når elektron tettheten er riktig innstilt har skapt stor interesse og en realisering av viktigheten av kantete kontroll Når fabrikere lagdelte Van der Waals heterostructures13,20,21.
Motivert av de vitenskapelige mulighetene åpnet opp av ideen om tuning egenskapene til romanen Van der Waals materialer ved å justere den relative orientering mellom lagene, presenterer vi en hjemmelaget instrument sammen med prosedyren for å lage slike strukturer med kantete kontroll.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. instrumentering for overførings prosedyren
- For å visualisere overføringsprosessen, bruk en optisk mikroskop som kan operere under lys-feltet belysning. Siden de typiske størrelsene på 2D-krystallene er 1 – 500 μm2, utstyre mikroskopet med 5x, 50x og 100 ganger lang arbeidsavstand mål. Mikroskopet må også utstyres med et kamera som kobles til en datamaskin (figur 1a).
- Bruk separate manipulators for å styreposisjonen til de to krystallene som skal stables. Bruk manipulators som kan programmeres og kontrolleres av en datamaskin for å minimere vibrasjoner under overførings prosedyren.
Merk: manipulators som er ansvarlig for bevegelsen av den øverste substrat holderen (figur 1B-c) trenger bare å bevege seg i X-, Y-og Z-retningen. Viktigere, manipulators ansvarlig for å kontrollere den nederste substrat holderen (figur 1e-f) er også i stand til å rotere med en hvilken som helst vinkel θ (translational og roterende bevegelse). - For å feste prøvene på den øverste scenen manipulators, dikte tilpassede prøve holdere som kan støtte et glass Slide; den øverste krystallen vil bli plassert på glass Slide (figur 1d).
- For den nederste manipulators, Plasser et flatt varmeelement i en bearbeidet glass keramisk holder (figur 1g) og fest den til den roterende scenen. Koble varmeelementet til en strømforsyning og en temperatur kontroller.
- Programmere kontrollerne med en instrumentering programvare (f. eks, LabVIEW) for å kontrollere den relative plasseringen av manipulators (figur 2).
- For å utføre de nødvendige bevegelsene, programmere programvaren med følgende egenskaper: enkeltvis eller samtidig flytte manipulators; lese, lagre og hente posisjonen til hver manipulator; enkelt justere hastigheten på manipulators, og autofokus bunnen scenen. Innebygde sikkerhetsfunksjoner for å forhindre mulige kollisjoner mellom prøven og linsen.
2. mekanisk peeling av en 2D krystall.
- Forbered et substrat for den mekaniske peeling prosedyren.
- Senk 1 cm x 1 cm ruter av silisium/silisium oksid (si/SiO2) wafere i et beger med aceton og plasser begeret i en ultrasonisk renere i 10 min.
- Fjern individuelt wafere fra begeret med pinsett og skyll dem med isopropanol (IPA) og tørk dem med nitrogen (N2) pistol.
Merk: Når du arbeider med aceton og IPA, foreslås det å gjøre det under en avtrekksvifte mens du bruker riktig PPE.
- Mekanisk eksfoliere krystallen på underlaget.
- Ved hjelp av pinsett, forsiktig fjerne en del av krystallen og plassere den på et stykke av halvleder-grade teip.
- Ta en ekstra stykke teip og trykk fast den mot den første tapen med krystall deretter skrelle bort de to stykker av tape. Etter gjentatt flere ganger, mange tynnere stykker av krystall vil bli funnet på båndet.
- Trykk på den selvklebende tapen med tynne 2D krystaller på en fersk rengjort substrat slik at krystallen er i direkte kontakt med underlaget og skrelle bort tapen å forlate ekspandert flak på underlaget.
- For å fjerne eventuelle rester av klebemiddel, plasserer du de resulterende prøvene (underlag med 2D-krystaller ekspandert på overflaten) i et beger fylt med aceton i 10 min. Fjern prøvene ved hjelp av pinsett, skyll dem med IPA, og tørk med en N2 pistol.
- Bruk en optisk mikroskop for å undersøke ekspandert flak. Anslå sin tykkelse ved å vurdere flak optiske kontrasten med underlaget22. Bilde av flak ved hjelp av Atomic Force mikroskopi (AFM) i tappe modus (se tabell over materialer) for å bedre kvantifisere overflaten morfologi og for å måle flak tykkelse.
3. PMMA-PVA metode for fabrikere Van der Waals heterostructures (Top substrat forberedelse).
- Forbered toppen substrat for overføringen prosedyren ved å eksfoliere krystallen på en Poly (metyl akrylat) (PMMA) film festet til et glass Slide (figur 3a-d).
- Følg fremgangsmåten som er beskrevet i trinn 2,1. å få et rent substrat. Spin coat et lag med polyvinylklorid (PVA) på underlaget ved 3 000 RPM for 1 min ved å følge protokollen som er beskrevet i instrumentets brukermanual.
Merk: Når du bruker spin elektrostatisk, er det foreslått å gjøre det under en avtrekksvifte mens du bruker riktig PPE. - Direkte plassere underlaget på en varm plate og stek den avdekket i luft ved 75 ° c i 5 min.
- Spin coat et lag med PMMA på underlaget fra trinn 3.1.2 ved å følge en prosedyre som ligner på en i trinn 3.1.1, men denne gangen sette spinning parametrene til en kantete hastighet på 1 500 RPM for 1 min (figur 3a).
- Direkte plassere underlaget på en varm plate og stek den avdekket i luft ved 75 ° c i 5 min.
- Fjern underlaget fra den varmeplaten og plassere biter av selvklebende tape langs kantene for å skape en tape ramme. Deretter, mekanisk eksfoliere en 2D krystall på PMMA overflaten ved å følge trinn 2,2 (figur 3b).
- Bruk skarp pinsett til å skille PMMA fra PVA ved langsomt peeling tilbake tapen rammen. PMMA laget og ekspandert krystall sammen med tapen rammen vil løsne fra PVA og si/SiO2 substrat (figur 3c).
- Inverter tape rammen og plassere den på en bearbeidet støtte slik at krystallen vender nedover (figur 3D).
Merk: denne støtten gjør det mulig for brukeren å plassere tape rammen under et optisk mikroskop for å inspisere peeling på PMMA og identifisere et fnugg med ønsket tykkelse og geometri. - Bruk skarp pinsett og den optiske mikroskop for å plassere en liten SKIVE (0,5 mm indre radius) nettopp på PMMA filmen slik at den omgir ønsket flak (figur 3D).
- Senk et glass lysbilde og følge den til polymer ved å trykke den mot eksponert tape.
- Følg fremgangsmåten som er beskrevet i trinn 2,1. å få et rent substrat. Spin coat et lag med polyvinylklorid (PVA) på underlaget ved 3 000 RPM for 1 min ved å følge protokollen som er beskrevet i instrumentets brukermanual.
4. Polydimethylsiloxan (PDMS) stempling metode for fabrikere Van der Waals heterostructures (topp substrat forberedelse).
- Forbered en polypropylen (PPC) løsning for spin belegg ved å blande tre deler PPC krystall med sytten deler anisole. Dette gjøres ved å la løsningen blandes i en stirrer for ca 8 h eller til løsningen er homogen.
- Forbered toppen substrat for overføringen prosedyren ved å eksfolierende krystall på en PPC film, og deretter plassere den på en PDMS stempel festet til et glass Slide (figur 4a-d).
- Følg fremgangsmåten i trinn 2,1. å få et rent substrat. Spin coat et lag med PPC på underlaget ved 3 000 RPM for 1 min (figur 4a).
- Direkte plassere underlaget på en varm plate og stek den avdekket i luft ved 75 ° c i 5 min.
- Fjern underlaget fra den varmeplaten og plassere biter av selvklebende tape langs kantene for å skape en tape ramme.
- Mekanisk eksfoliere 2D lagdelt krystall på PPC belagt underlaget ved å følge trinn 2,2 og bruke optisk mikroskop for å identifisere et fnugg med ønsket tykkelse og geometri. (Figur 4b).
- Bruk saks eller et kirurgisk blad for å skjære et stykke PDMS i en 2 mm x 2 mm firkant og plasser den i en oksygen plasma Etcher for 2 min ved 50 W og 53,3 pa.
- På slutten av syklusen, trykker du på et glass lysbilde på PDMS stempel å binde de to sammen. Plasser glasset lysbildet og PDMS stempel tilbake i oksygen plasma Etcher å gjennomgå samme syklus. Fjern glass lysbildet når syklusen er avsluttet.
- Bruke pinsett, forsiktig skrelle tilbake tapen rammen og plukke opp PPC film med ekspandert krystall (figur 4c) og plassere den på PDMS stempel slik at ønsket flak ligger på stempel.
5. overføring av flak fra toppen substrat til bunnen substrat ved hjelp av PMMA-PVA-metoden (figur 3e-h).
- Plasser et substrat i den nederste fasen av overførings oppsettet. På dette underlaget, identifisere plasseringen av ønsket fnugg. Dette fnugg vil være "bunnen" krystall. Også plassere øverste substrat (glasset lysbildet fra trinn 3.1.9) i toppen substrat holderen av overføringen oppsett (figur 3e).
- Bruk et objektiv med lav forstørrelse (5x) til å få det nederste underlaget til å fokusere og sentrere ønsket fnugg. Senk langsomt den øverste underlaget til den kommer inn i dybden av feltet av målet. Juster lateral posisjon og rotasjons justering av de to flak.
- Bruk et objektiv med høyere forstørrelse (50x) og Fortsett å senke det øverste underlaget mens du justerer flak justeringen. Senk øverste substrat til toppen flak helt kontakter bunnen flak. Kontakt er merkbar av en plutselig endring av farge.
- Varm opp bunn underlaget til 75 ° c for bedre vedheft av PMMA til bunnen av underlaget. PMMA vil løsne fra glass raset (figur 3F).
- Rengjør bunnen substrat følgende trinn 2,3 for å fjerne PMMA filmen (figur 3g-h).
6. overføring av flak fra toppen substrat til bunnen substrat ved hjelp av stempling metoden (figur 4d-f).
- Plasser et substrat i den nederste fasen av overførings oppsettet. På dette underlaget, identifisere plasseringen av ønsket fnugg. Dette fnugg vil være "bunnen" krystall. Plasser også det øverste underlaget (glass skyve ren med PDMS fra trinn 4.2.5 – 4.2.6) til den øverste substrat holderen til overførings oppsettet (figur 4d).
- Varm opp det nederste underlaget til 100 ° c og Følg trinn 5.2 – 5,4 for å justere og ta kontakt med topp krystallen med bunn flak (figur 4e).
- Når full kontakt er gjort mellom de to flak (figur 4e), langsomt heve toppen substrat. Dette resulterer i drop-off av toppen flak fra stempelet til bunnen substrat (figur 4f).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
For å illustrere utfallet og effektiviteten av vår prosedyre presenterer vi en sekvens av vinkel-kontrollerte stabler av rhenium disulfide (ReS2) tynne krystaller. For å understreke at den beskrevne metoden kan også anvendes på atomically tynne lag, vi også eksempler på bygging av to relativt vridd monolagere av molybden disulfide (MoS2).
For å demonstrere vinkel justerings egenskapene til overførings oppsettet bruker vi rhenium disulfide (ReS2). På grunn av sin in-plane Anisotrop gitter struktur, dette krystall mekanisk eksfolierer som langstrakte barer med veldefinerte kanter23,24. Dette gjør det til en perfekt kandidat for demonstrasjon av kantete justering. Ved hjelp av PDMS stempling metoden beskrevet i protokollen, vi overført en "topp" ReS2 krystall fra stempel på en silisium substrat med tidligere ekspandert "bunnen" ReS2. Hver gang vi hadde som mål å justere kantene i en bestemt vinkel. Ansette den kantete komponenten av overføringen oppsettet, den "øverste" ReS2 flak ble plassert slik at det ville bli vridd av den spesifikke ønsket vinkel med hensyn til den allerede til stede "bunnen" res2.
Figur 5 viser et eksempel på en overføring der en topp flak av ReS2 ble plassert på en nedre ReS2 flak med en tiltenkt relativ vinkel på 75 °. Den optiske micrographs av bunn og topp krystaller er vist i figur 5a og figur 5B hhv. Ved hjelp av PDMS stempling metoden beskrevet i protokollen, ble en stabel fabrikkert og den resulterende nye krystall er vist i figur 5c. Atomic Force mikroskopi (AFM) ble brukt til å avbilde stabelen i figur 5D; Dette viser at Twist vinkelen mellom toppen og bunnen flak målt 74,6 ° ± 0,1 ° (gjennomsnittlig ± SD). Feil linjen ble beregnet ut fra usikkerheten ved presist å definere kantene på ReS2 i micrographs. For ytterligere å vise kantete presisjon av overføringen oppsettet vi gjentok denne prosessen for flere andre prøver med tiltenkte relative vinkler fra 15 ° til 90 ° i trinn på 15 ° (figur 6).
Ved hjelp av PMMA-PVA prosedyren som beskrevet i protokollen, er overførings oppsettet vellykket brukt til å lage en struktur bestående av to monolag flak av molybden disulfide (MoS2). De enkelte monolagere er ekspandert på PMMA (figur7a) og henholdsvis si/Sio2 (figur 7b). Vår overførings prosedyre resulterer i strukturen som presenteres i den optiske mikroskop i figur 7c. Dens morfologi er ytterligere preget av Atomic Force mikroskopi, bekrefter tykkelsen og relative plasseringen av stablet MoS2 Monolag (figur 7d).
Figur 1: komponenter i overførings oppsettet. (a) optisk mikroskop utstyrt med kameraet og tre lange arbeids distanse mål. (b) mikroskopet med den øverste manipulators som er i stand til å bevege seg i XYZ (translational) retninger. (c) den øverste manipulators. (d) en tilpasset bearbeidet arm som festes til toppen manipulators og brukes til å holde et glass Slide (Top Sample). (e) mikroskopet med bunnen manipulators som kan bevege seg i XYZ (translational) og θ (rotasjons). (f) nedre manipulators. (g) en tilpasset termisk isolerende bunn trinns holder (venstre) som er direkte festet til den roterende scenen. Den temperaturkontrollerte flate varmeelementet vises til høyre. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: instrumentering programvare frontpanel ansvarlig for å kontrollere manipulators. Frontpanelet er delt i to seksjoner; den venstre delen styrer den nederste fasen, mens den høyre delen kontrollerer de øverste manipulators. Brukeren kan flytte manipulators individuelt eller samtidig, lese opp posisjonen til hver manipulator, lagre posisjoner, justere hastigheten på manipulators og automatisk fokusere. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: PMMA-PVA substrat forberedelse og overføring prosedyre. (a) et Bart si/Sio2 substrat er første spinn belagt med PVA etterfulgt av PMMA. (b) en tape ramme er plassert på underlaget for å holde nede polymer under mekanisk peeling. (c) tapen rammen er skrelles tilbake for å PLUKKE opp PMMA laget med ekspandert krystall. (d) tapen rammen er invertert og plassert på en bearbeidet støtte etterfulgt av en inspeksjon under et optisk mikroskop. En skive er plassert på polymer film slik at den omgir ønsket fnugg. (e) et glass lysbilde er festet til tape rammen og er plassert i den øverste manipulator av overføringen oppsett. En tidligere forberedt substrat med ekspandert krystall er plassert på bunnen scenen. (f) de øverste og nederste flak er justert og brakt i kontakt. Ved å varme opp bunn trinnet til 75 ° c, PMMA løsner fra glass raset som forlater (g) topp-FLAK, PMMA-filmen og skiven på bunn underlaget. (h) skiven fjernes og PMMA vaskes bort, noe som resulterer i en heterostructure. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: PDMS stempling forberedelse og overføring prosedyre. (a) en bart si/Sio2 substrat er spin belagt med PPC. (b) en tape ramme er plassert på underlaget for å holde nede polymer under mekanisk peeling. (c) tapen rammen er skrelles tilbake for å PLUKKE opp PPC laget med ekspandert krystall. (d) glassdekselet er plassert i øverste manipulator i overførings oppsettet. En tidligere forberedt substrat med ekspandert krystall er plassert på bunnen scenen og varmes opp til 100 ° c. (e) toppen og bunnen flak er justert og brakt i kontakt. (f) ved 100 ° c, kan vi langsomt heve den øverste fasen som resulterer i drop-off av flak fra stempelet til bunnen substrat. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: ReS2 flak overført med en relativ vinkel på 75 °. Optisk micrographs av (a) a res2 krystall mekanisk ekspandert på et si/Sio2 substrat, (b) en ReS2 krystall mekanisk ekspandert på et si/Sio2/PPC substrat, (c) den resulterende struktur etter overføring. (d) en AFM Topografisk kart av den endelige strukturen tilsvarer eske området i (c). Den målte vinkelen mellom ReS2 flak er 74,6 ° ± 0,1 °. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6: ReS2 flak overført ved spesifikke relative vinkler. (a-f) optisk micrographs av ReS2 flak overført med den hensikt å forme vinkler fra 15 ° til 90 ° i trinn på 15 °. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7: Twisted MoS2 bilayer. Optisk micrographs av (a) toppen MOS2 flak på en PMMA film, (b) bunnen MOS2 flak på en si/Sio2 substrat, (c) og vridd MOS2 struktur. Alle vektstenger i de optiske bildene måler 5 μm. (d) AFM bilde av vridd MOS2 struktur med en linje profil (innfelt) langs den retningen som indikeres av den svarte stiplede linjen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den hjem-bygget overføring oppsett som presenteres her tilbyr en metode for å bygge romanen lagdelte materialer med både lateral og roterende kontroll. Sammenlignet med andre løsninger som er beskrevet i litteraturen10,25, vårt system krever ikke kompleks infrastruktur, men det oppnår målet om kontrollert justering av 2D krystaller.
Det mest kritiske trinnet i prosedyren er at for å samkjøre og plassere den øverste krystallen i kontakt med den nederste. Vibrasjoner kan være en årsak til en mislykket justering, derfor må man minimere sin effekt. I denne forbindelse er fordelen med "Hands-Free" oppsett presentert her at brukeren ikke risikerer å innføre vibrasjoner forårsaket av manuell håndtering av manipulators. Ytterligere forbedringer kan oppnås ved å plassere oppsett i et miljø med lavere vibrasjoner eller på et bord utstyrt med vibrasjonsdemping mekanismer.
Som rotasjons justering blir en mer og mer viktig parameter for å vurdere når du oppretter Van der Waals heterostructures, er rotasjons kapasiteten til dette overførings oppsettet en av dens sterke sider. Det faktum at det optiske mikroskopet er begrenset i å løse kantene på begge krystaller representerer viktigste begrensningen i justeringen presisjon.
Ikke alle 2D-materialer er inert i luft. Krystaller som svart fosfor (BP)26 eller krom triiodide (CrI3)27,28 er kjent for å svekke ved eksponering for luft. Derfor, for å opprette heterostructures ved hjelp av disse materialene, og bevare det uberørte grensesnittet, må overførings prosedyren skje i et inert miljø som inne i en glovebox. Fordi overføringen instrumentering som presenteres her er "Hands-Free", kan det bli operert i en glovebox hvor disse inert materialer kan brukes.
Til slutt, stabling metoden som presenteres her kan ha bredere anvendelse og kan utvides til situasjoner når to krystaller eller en krystall og et substrat må være nøyaktig justert sidelengs og rotasjons.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre. Forfatterne har ingen konkurrerende finansielle interesser.
Acknowledgments
Forfatterne erkjenner finansiering fra University of Ottawa og NSERC Discovery stipend RGPIN-2016-06717 og NSERC SPG QC2DM.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 5X objective lens | Nikon Metrology | MUE12050 | 23.5 mm working distance and 0.15 numerical aperture |
| 50X objective lens | Nikon Metrology | MUE21500 | 19 mm working distance and 0.4 numerical aperture |
| 100X objective lens | Nikon Metrology | MUE21900 | 4.5 mm working distance and 0.8 numerical aperture |
| Acetone | Sigma-Aldrich | 270725 | Purity ≥99.90% |
| Adhesive tape | Ultron Systems, Inc. | ||
| Anisole | MicroChem | ||
| Atomic force microscope | Bruker | Dimension Icon | We typicall use the ScanAsyst mode |
| Bottom stage rotation manipulator | Zaber Technologies | X-RSW60A-PTB2 | 360° travel with step size of 4.091 μrad |
| Bottom stage X manipulator | Zaber Technologies | X-LSM025A-PTB2 | 25 mm travel with step size of 47.625 nm |
| Bottom stage Y manipulator | Zaber Technologies | X-LSM025A-PTB2 | 25 mm travel with step size of 47.625 nm |
| Bottom stage Z manipulator | Zaber Technologies | X-VSR40A-KX14A | 40 mm travel with step size of 95.25 nm |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | 563935 | Purity 99.999% |
| LabVIEW software | National Instruments | ||
| Macor | McMaster-Carr | 8489K238 | |
| Microscope camera | Zeiss | 426555-0000-000 | 5 megapixel, 47 fps live frame rate, exposure time of 100 μs - 2 s, color camera |
| Molybdenum disulfide (MoS2) | HQ Graphene | ||
| Optical breadboard | Thorlabs, Inc. | MB4545/M | |
| Optical microscope | Nikon Metrology | LV150N | |
| Oxygen plasma etcher | Plasma Etch, Inc. | PE-50 | |
| PDMS stamp | Gel-Pak | PF-20-X4 | |
| PMMA 950 A6 | MichroChem Corp. | M230006 0500L1GL | |
| Polypropylene carbonate | Sigma-Aldrich | 389021-100g | |
| PVA Partall #10 | Composites Canada | ||
| Rhenium disulfide (ReS2) | HQ Graphene | ||
| Si/SiO2 substrate | Nova Electronics Materials | HS39626-OX | |
| Spin coater | Laurell Technologies | WS-650-23 | |
| Temperature controller | Auber Instruments | SYL-23X2-24 | Controls the temperature of the bottom stage via a J type thermocouple |
| Top stage controller unit | Mechonics | CF.030.0003 | |
| Top stage X manipulator | Mechonics | MS.030.1800 | 18 mm travel with step size of 11 nm |
| Top stage Y manipulator | Mechonics | MS.030.1800 | 18 mm travel with step size of 11 nm |
| Top stage Z manipulator | Mechonics | MS.030.3000 | 30 mm travel with step size of 11 nm |
| Ultrasonic bath | Elma Schmidbauer GmbH | Elmasonic P 30 H |
References
- 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 America. 102 (30), 10451 (2005).
- Zhang, Y., Tan, Y. -W., Stormer, H. L., Kim, P. Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene. Nature. 438, Available from: https://www.nature.com/articles/nature04235#supplementary-information 201 (2005).
- Geim, A. K., Van Grigorieva, I. V. Van der Waals heterostructures. Nature. 499, 419 (2013).
- Song, J. C. W., Gabor, N. M. Electron quantum metamaterials in van der Waals heterostructures. Nature Nanotechnology. 13 (11), 986-993 (2018).
- Jin, C., et al. Ultrafast dynamics in van der Waals heterostructures. Nature Nanotechnology. 13 (11), 994-1003 (2018).
- Rivera, P., et al. Interlayer valley excitons in heterobilayers of transition metal dichalcogenides. Nature Nanotechnology. 13 (11), 1004-1015 (2018).
- Lu, C. -P., et al. Local, global, and nonlinear screening in twisted double-layer graphene. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , 201606278 (2016).
- Luican-Mayer, A., Li, G., Andrei, E. Y. Atomic scale characterization of mismatched graphene layers. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 219, 92-98 (2017).
- Frisenda, R., et al. Recent progress in the assembly of nanodevices and van der Waals heterostructures by deterministic placement of 2D materials. Chemical Society Reviews. 47 (1), 53-68 (2018).
- Ribeiro-Palau, R., et al. Twistable electronics with dynamically rotatable heterostructures. Science. 361 (6403), 690-693 (2018).
- Kim, K., et al. van der Waals Heterostructures with High Accuracy Rotational Alignment. Nano Letters. 16 (3), 1989-1995 (2016).
- Cao, Y., et al. Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices. Nature. 556 (7699), 43 (2018).
- Luican, A., et al. Single-layer behavior and its breakdown in twisted graphene layers. Physical review letters. 106 (12), 126802 (2011).
- Li, G., et al. Observation of Van Hove singularities in twisted graphene layers. Nature Physics. 6 (2), 109 (2010).
- Castellanos-Gomez, A., van der Zant, H. S. J., Steele, G. A. Folded MoS2 layers with reduced interlayer coupling. Nano Research. 7 (4), 572-578 (2014).
- van der Zande, A. M., et al. Tailoring the Electronic Structure in Bilayer Molybdenum Disulfide via Interlayer Twist. Nano Letters. 14 (7), 3869-3875 (2014).
- Huang, S., et al. Probing the Interlayer Coupling of Twisted Bilayer MoS2 Using Photoluminescence Spectroscopy. Nano Letters. 14 (10), 5500-5508 (2014).
- Liu, K., et al. Evolution of interlayer coupling in twisted molybdenum disulfide bilayers. Nature Communications. 5, Available from: https://www.nature.com/articles/ncomms5966#supplementary-information 4966 (2014).
- Cao, Y., et al. Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices. Nature. 556, 80 (2018).
- Yankowitz, M., et al. Tuning superconductivity in twisted bilayer graphene. , Available from: https://arxiv.org/abs/1808.07865 (2018).
- Blake, P., et al. Making graphene visible. Applied Physics Letters. 91 (6), 063124 (2007).
- Lin, Y. -C., et al. Single-Layer ReS2: Two-Dimensional Semiconductor with Tunable In-Plane Anisotropy. ACS Nano. 9 (11), 11249-11257 (2015).
- Chenet, D. A., et al. In-Plane Anisotropy in Mono- and Few-Layer ReS2 Probed by Raman Spectroscopy and Scanning Transmission Electron Microscopy. Nano Letters. 15 (9), 5667-5672 (2015).
- Masubuchi, S., et al. Autonomous robotic searching and assembly of two-dimensional crystals to build van der Waals superlattices. Nature Communications. 9 (1), 1413 (2018).
- Ling, X., Wang, H., Huang, S., Xia, F., Dresselhaus, M. S. The renaissance of black phosphorus. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (15), 4523-4530 (2015).
- Huang, B., et al. Layer-dependent ferromagnetism in a van der Waals crystal down to the monolayer limit. Nature. 546, 270 (2017).
- Kim, H. H., et al. One Million Percent Tunnel Magnetoresistance in a Magnetic van der Waals Heterostructure. Nano Letters. 18 (8), 4885-4890 (2018).
