Summary
В этой работе мы описываем технику, которая используется для создания новых кристаллов (гетероструктур ван дер Ваальса) путем укладки ультратонких слоистых 2D материалов с точным контролем над положением и относительной ориентацией.
Abstract
В этой работе мы описываем технику создания новых кристаллов (гетероструктур ван дер Ваальса) путем укладки различных ультратонких слоистых 2D материалов. Мы демонстрируем не только боковой контроль, но и, что немаловажно, контроль над угловым выравниванием смежных слоев. Ядро техники представлено домашней передачей, которая позволяет пользователю контролировать положение отдельных кристаллов, участвующих в передаче. Это достигается с суб-микрометра (перевод) и суб-степени (угловой) точности. Перед укладкой их вместе, изолированные кристаллы индивидуально манипулируются специально разработанные этапы перемещения, которые контролируются запрограммированным интерфейсом программного обеспечения. Кроме того, поскольку вся настройка передачи контролируется компьютером, пользователь может удаленно создавать точные гетероструктуры, не вступая в непосредственный контакт с установкой передачи, помечая этот метод как "без рук". В дополнение к представлению передачи настройки, мы также описать два метода для подготовки кристаллов, которые впоследствии укладываются.
Introduction
Исследования в растущей области двумерных (2D) материалов начались после того, какисследователи разработали методику, которая позволила изоляцию графена 1,2,3 (атомарно плоский лист атомов углерода) от Графит. Графен является членом большего класса слоистых 2D материалов, также называемых ван дер Ваальс материалов или кристаллов. Они имеют сильные ковалентные внутрислойные связи и слабые ван дер Ваальс interlayer связи. Таким образом, метод изоляции графена из графита также может быть применен к другим 2D материалам, где можно разорвать слабые межслойные связи и изолировать одиночные слои. Одним из ключевых событий в этой области была демонстрация того, что так же, как ван дер Ваальс облигаций проведения смежных слоев двумерных материалов вместе могут быть сломаны, они также могут быть возвращены вместе2,4. Таким образом, кристаллы 2D материалов могут быть созданы путем управляемого укладки вместе слоев 2D материалов с различными свойствами. Это вызвало большой интерес, так как материалы, ранее несуществующие в природе,могут быть созданы с целью либо раскрытия ранее недоступных физических явлений 4,5,6,7 ,8,9 или разработка превосходных устройств для применения технологий. Поэтому наличие точного контроля над укладкой 2D материалов стало одной из главных целей в области исследований10,11,12.
В частности, угол поворота между соседними слоями в гетероструктурах ван дер Ваальса был показан важным параметром для контроля свойств материала13. Например, под некоторыми углами введение относительного поворота между соседними слоями может эффективно отделить два слоя. Это было изучено как в графене14,15, а также в переходных металлических дихалкогенидов16,17,18,19. Совсем недавно было удивительно установлено, что он также может изменить состояние материи этих материалов. Открытие, что двухслойный графен, ориентированный под «волшебным углом», ведет себя как изолятор Mott при низких температурах и даже сверхпроводник, когда плотность электронов правильно настроена, вызвало большой интерес и осознание важности углового управления при изготовлении слоистых гетероструктур ван дер Ваальса13,20,21.
Мотивированные научными возможностями, открываемыми идеей настройки свойств новых материалов van der Waals путем корректировки относительной ориентации между слоями, мы представляем самодельный инструмент вместе с процедурой создания таких структур с угловым управлением.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Инструментирование для процедуры передачи
- Для того, чтобы визуализировать процесс передачи, используйте оптический микроскоп, который может работать под освещением яркого поля. Так как типичные размеры 2D кристаллов 1-500 мкм2, оборудовать микроскоп с 5x, 50x, и 100x длинные рабочие расстояния целей. Микроскоп также должен быть оснащен камерой, которая подключается к компьютеру(рисунок 1a).
- Используйте отдельные манипуляторы, чтобы индивидуально контролировать положение двух кристаллов, которые вот-вот будут уложены. Нанимайте манипуляторы, которые программируемы и управляемы компьютером, чтобы свести к минимуму вибрации во время процедуры передачи.
ПРИМЕЧАНИЕ: Манипуляторы, ответственные за движение верхнего держателя субстрата(рисунок 1b-c) должны двигаться только в направлении X, Y и No. Важно отметить, что манипуляторы, ответственные за управление нижним держателем субстрата(рисунок 1e-f) также способны вращаться под любым углом (переводное и вращательное движение). - Для того, чтобы прикрепить образцы на верхней стадии манипуляторов, изготовить пользовательские держатели образцов, которые могут поддерживать стеклянный слайд; верхний кристалл будет размещен на стеклянной горке(рисунок 1d).
- Для нижних манипуляторов поместите плоский нагревательный элемент в обработанную стеклянно-керамическую держатель(рисунок 1г)и прикрепите его к вращающейся стадии. Подключите нагревательный элемент к источнику питания и температурный контроллер.
- Программа контроллеров с аппаратным обеспечением (например, LabVIEW) для управления относительным положением манипуляторов(рисунок 2).
- Для выполнения необходимых движений, программа со следующими возможностями: индивидуально или одновременно переместить манипуляторы; читать, сохранять и извлекать положение каждого манипулятора; легко регулировать скорость манипуляторов, и автофокусировать нижнюю ступень. Функции безопасности сборки для предотвращения возможных столкновений между образцом и объективом.
2. Механическое отшелушивание 2D кристалла.
- Подготовьте субстрат для механической процедуры отшелушивания.
- Погрузите 1 см х 1 см квадратов оксида кремния/кремния (Si/SiO2) вафляты в стакан, наполненный ацетоном, и поместите стакан в ультразвуковой очиститель на 10 мин.
- Индивидуально удалить из стакана с пинцетом и промыть их с изопропанол (IPA), а затем высушить их с азотом (N2) пистолет.
ПРИМЕЧАНИЕ: При работе с ацетоном и IPA, предлагается сделать это под капотом дыма во время ношения надлежащего СИЗ.
- Механически отшелушивать кристалл на субстрат.
- Используя пинцет, аккуратно удалите часть кристалла и поместите его на кусок полупроводниковой клейкой ленты.
- Возьмите второй кусок клейкой ленты и твердо прижать его к первоначальной ленты с кристаллом затем очистить от двух кусков ленты. После повторения несколько раз, многие тонкие кусочки кристалла будут найдены на ленте.
- Нажмите клейкой лентой с тонкими 2D кристаллами на свежеочищенный субстрат так, что кристалл находится в непосредственном контакте с субстратом и очистить ленту, чтобы оставить отшелушиваемые хлопья на субстрате.
- Чтобы удалить остатки клея, поместите полученные образцы (субстраты с 2D кристаллами, отшелушиваемыми на их поверхность) в стакан, наполненный ацетоном в течение 10 мин. Удалите образцы с помощью пинцета, промойте их АПИ и высушите пушкой N 2.
- Используйте оптический микроскоп для изучения отшелушиваемых хлопьев. Оцените их толщину, оценив оптический контраст хлопья с субстратом22. Изображение хлопьев с помощью атомной микроскопии силы (AFM) в режиме нажав (см. таблицуматериалов), чтобы лучше количественно морфологии поверхности и для измерения толщины хлопьев.
3. метод PMMA-PVA для изготовления гетероструктур ван дер Вааля (верхняя подготовка субстрата).
- Подготовьте верхний субстрат для процедуры передачи путем отшелушивания кристалла на поли (метил-метакрилат) (PMMA) пленка прилагается к стеклянной слайд(рисунок 3a-d).
- Следуйте процедуре, описанной в шаге 2.1. для получения чистого субстрата. Спин пальто слой поливинилового спирта (ПВА) на субстрате при 3000 об/мин в течение 1 мин, следуя протоколу, описанному в руководстве пользователя прибора.
ПРИМЕЧАНИЕ: При использовании спина пальто, предлагается сделать это под дымом капот во время ношения надлежащего СИЗ. - Непосредственно поместите субстрат на горячую тарелку и выпекайте его в воздухе при температуре 75 градусов по Цельсию в течение 5 мин.
- Спин пальто слой PMMA на субстрате от шага 3.1.2, следуя процедуре, аналогичной той, что в шаге 3.1.1, но на этот раз установить параметры вращения на угловой скорости 1500 об/ ч на 1 мин (Рисунок 3a).
- Непосредственно поместите субстрат на горячую тарелку и выпекайте его в воздухе при температуре 75 градусов по Цельсию в течение 5 мин.
- Удалите субстрат из горячей пластины и поместите кусочки клейкой ленты по краям, чтобы создать ленту кадра. Затем механически отшелушивать 2D кристалл на поверхности PMMA, следуя шагу 2.2(Рисунок 3b).
- Используйте острые пинцеты, чтобы отделить PMMA от ПВА, медленно пилинг назад ленты кадра. Слой PMMA и отшелушиваемый кристалл вместе с лентой кадр будет отделить от PVA и Si / SiO2 субстрата (рисунок3c).
- Перевернуть ленту кадр амра и поместить его на машинную поддержку таким образом, что кристалл сталкивается вниз(Рисунок 3d).
ПРИМЕЧАНИЕ: Эта поддержка позволяет пользователю разместить ленту кадр под оптический микроскоп для проверки пилинг на PMMA и определить хлопья с желаемой толщиной и геометрией. - Используйте острые пинцеты и оптический микроскоп, чтобы поместить небольшую шайбу (0,5 мм внутреннего радиуса) точно на пленку PMMA так, что она окружает желаемую хлопья(рисунок 3d).
- Опустите стеклянную горку и привягите ее к полимеру, прижав ее к открытой ленте.
- Следуйте процедуре, описанной в шаге 2.1. для получения чистого субстрата. Спин пальто слой поливинилового спирта (ПВА) на субстрате при 3000 об/мин в течение 1 мин, следуя протоколу, описанному в руководстве пользователя прибора.
4. Метод штамповки Polydimemethylsiloxane (PDMS) для изготовления гетероструктур ван дер Вааля (верхний субстрат).
- Подготовьте раствор полипропилена карбоната (PPC) для спинового покрытия, смешивая три части кристалла КПП с семнадцатью частями анизола. Это делается путем предоставления раствора смеси в мешалке в течение примерно 8 ч или до тех пор, пока раствор не станет однородным.
- Подготовьте верхний субстрат для процедуры передачи путем отшелушивания кристалла на пленке КПП, а затем поместив его на штамп PDMS, прикрепленный к стеклянной горке(рисунок 4a-d).
- Следуйте процедуре в шаге 2.1. для получения чистого субстрата. Спин пальто слой КПП на субстрате при 3000 об/мин в течение 1 мин(рисунок 4a).
- Непосредственно поместите субстрат на горячую тарелку и выпекайте его в воздухе при температуре 75 градусов по Цельсию в течение 5 мин.
- Удалите субстрат из горячей пластины и поместите кусочки клейкой ленты по краям, чтобы создать ленту кадра.
- Механически отшелушивать 2D слоистых кристалла на КПП покрытием субстрата, следуя шагу 2.2 и использовать оптический микроскоп для идентификации хлопья с желаемой толщиной и геометрией. (Рисунок 4b).
- Используйте ножницы или хирургическое лезвие, чтобы разрезать кусок PDMS в 2 мм х 2 мм площади и поместить его в кислородной плазмы etcher в течение 2 мин при 50 Вт и 53,3 Па.
- В конце цикла нажмите стеклянную горку на штамп PDMS, чтобы связать их вместе. Поместите стеклянную горку и штамп PDMS обратно в кислородную плазму etcher, чтобы пройти тот же цикл. Удалите стеклянную горку по окончании цикла.
- Используя пинцет, тщательно отчимите ленту и подними пленку КПП с отшелушиваемым кристаллом(рисунок 4c) и поместите ее на штамп PDMS так, чтобы желаемый хлопья располагался на штампе.
5. Перенос хлопьев с верхнего субстрата в нижний субстрат с помощью метода PMMA-PVA(рисунок 3e-h).
- Поместите субстрат на нижнюю ступень установки передачи. На этом субстрате определите положение нужного хлопья. Этот хлопья будет "нижним" кристаллом. Кроме того, поместите верхний субстрат (стеклянная горка от шага 3.1.9) в верхний держатель субстрата установки передачи(рисунок 3e).
- Используя цель с низким увеличением (5x), сосредоточьте нижний субстрат в фокус и центр и центр желаемого хлопья. Медленно опустите верхний субстрат до тех пор, пока он не войдет в глубину поля цели. Отрегулируйте боковое положение и поворотное выравнивание двух хлопьев.
- Используйте цель с более высоким увеличением (50x) и продолжайте снижать верхний субстрат при регулировке выравнивания хлопьев. Опустите верхний субстрат до тех пор, пока верхняя хлопья полностью не свяжет нижнюю хлопья. Контакт заметен внезапной сменой цвета.
- Нагрейте нижний субстрат до 75 градусов по Цельсию для лучшего приливки PMMA к нижнему субстрату. PMMA будет отсоединиться от стеклянной горки(рисунок 3f).
- Очистите нижний субстрат после шага 2.3, чтобы удалить пленку PMMA(Рисунок 3g-h).
6. Перенос хлопьев из верхнего субстрата в нижний субстрат с помощью метода штамповки(рисунок 4d-f).
- Поместите субстрат на нижнюю ступень установки передачи. На этом субстрате определите положение нужного хлопья. Этот хлопья будет "нижним" кристаллом. Кроме того, поместите верхний субстрат (стеклянная горка с PDMS от шага 4.2.5-4.2.6) в верхний держатель субстрата установки передачи(рисунок 4d).
- Нагрейте нижний субстрат до 100 градусов по Цельсию, затем выполните шаги 5.2-5.4, чтобы выровнять и вывести в контакт верхний кристалл с нижней хлопьями(рисунок 4e).
- После полного контакта между двумя хлопьями(рисунок 4e),медленно поднять верхний субстрат. Это приводит к высадке верхней хлопья от штампа к нижней субстрат(рисунок 4f).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Чтобы проиллюстрировать результаты и эффективность нашей процедуры, мы представляем последовательность угловыхстеков дисульфида рения (ReS 2) тонких кристаллов. Чтобы подчеркнуть, что описанный метод также может быть применен к атомарно тонким слоям, мы также иллюстрируют конструкцию двух относительно витой монослой дисульфида молибдена (MoS2).
Для демонстрации угловых возможностей выравнивания установки переноса мыиспользуем дисульфид рения (ReS 2). Из-за своей в плоскости анизотропной решетки структуры, этот кристалл механически отшелушивает как удлиненные бары с четко определенными краями23,24. Это делает его идеальным кандидатом для демонстрации углового выравнивания. Используя метод штамповки PDMS, описанный в протоколе, мы перенесли «верхний» кристалл ReS2 из штампа на кремниевый субстрат с ранее отшелушиваемым «дном» ReS2. Каждый раз мы стремились выровнять края под определенным углом. Используя угловой компонент установки передачи, "верхняя" хлопья ReS2 была помещена таким образом, что она была бы скручена конкретным желаемым углом по отношению к уже настоящему "дне" ReS2.
На рисунке 5 показан пример переноса, в котором верхний хлопья ReS2 был помещен на нижнюю хлопья ReS2 с предполагаемым относительным углом 75 градусов. Оптические микрографы нижних и верхних кристаллов показаны на рисунке 5а и рисунке 5b соответственно. Используя метод штамповки PDMS, описанный в протоколе, стек был изготовлен и в результате новый кристалл показан на рисунке 5c. Атомная микроскопия силы (AFM) была использована для изображения стека на рисунке 5d; это свидетельствует о том, что угол поворота между верхними и нижними хлопьями измеряется 74,6 и 0,1 "(средний sD). Панель ошибок была рассчитана на основе неопределенности в точном определении краев ReS2 в микрографах. Для дальнейшего отображения угловой точности установки передачи мы повторили этот процесс для нескольких других образцов с предполагаемыми относительными углами, начиная от 15 "до 90" с шагом 15 "(Рисунок 6).
Используя процедуру PMMA-PVA, описанную в протоколе, установка передачи успешно используется для создания структуры, состоящей из двух монослойных хлопьев дисульфида молибдена (MoS2). Индивидуальные монослои отшелушиваются на PMMA(рисунок 7a)и Si/SiO2 соответственно (рисунок7b). Наша процедура передачи приводит к структуре, представленной в оптическом микрографе на рисунке 7c. Его морфология также характеризуется атомной микроскопией силы, подтверждающей толщину и относительное положение сложенного монослой MoS2 (рисунок7d).
Рисунок 1: Компоненты установки передачи. () Оптический микроскоп, оснащенный камерой и тремя длинными рабочими расстояниями. (b) Микроскоп с верхними манипуляторами, которые способны двигаться в направлениях XY' (перевод. (c) Верхние манипуляторы. (d) Пользовательские обработанной рукой, которая крепится к началу манипуляторов и используется для проведения стеклянной слайд (верхний образец). (e) Микроскоп с нижними манипуляторами, которые могут перемещаться в XY( перевод) и й (вращение). (f) Нижние манипуляторы. (g) Пользовательский теплоизоляционный нижний держатель (слева), который непосредственно прикреплен к вращающейся стадии. Справа показан температурный элемент плоского отопления. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: Передняя панель программного обеспечения для инструментов, отвечающего за управление манипуляторами. Передняя панель разделена на две секции; левая секция контролирует нижнюю ступень, в то время как правая секция контролирует верхние манипуляторы. Пользователь может перемещать манипуляторы индивидуально или одновременно, зачитывать положение каждого манипулятора, сохранять позиции, регулировать скорость манипуляторов и автоматически фокусироваться. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3: процедура подготовки и передачи субстрата PMMA-PVA. () Голый Si / SiO2 субстрат первый спин покрытием с PVA следуют PMMA. (b) Лента кадр помещается на подстрат, чтобы удерживать полимер во время механического отшелушивания. (c) Лента кадр очищается обратно, чтобы пикап слой PMMA с отшелушиваемым кристаллом. (d) Лента кадр инвертируется и помещается на механической поддержки с последующим осмотром под оптическим микроскопом. На полимерной пленке размещается шайба так, что она окружает нужный хлопья. (e) Стеклянная горка прилипает к ленте кадра и помещается в верхний манипулятор передачи установки. На нижней ступени помещается ранее подготовленный субстрат с отшелушиваемым кристаллом. (f) Верхние и нижние хлопья выровнены и введены в контакт. При нагревании нижней ступени до 75 градусов по Цельсию, PMMA отделяет от стеклянной горки оставляя(г) верхний хлопья, пленка PMMA и шайба на нижней подставке. (h) Шайба удаляется и PMMA смывается в результате гетероструктуры. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 4: PDMS штамповки подготовки и передачи процедуры. () Голый Si / SiO2 субстрат спин покрытием КПП. (b) Лента кадр помещается на подстрат, чтобы удерживать полимер во время механического отшелушивания. (c) Лента кадр очищается обратно, чтобы пикап слой КПП с отшелушиваемым кристаллом. (d) Стеклянная горка помещается в верхний манипулятор установки передачи. Предварительно подготовленный субстрат с отшелушиваемым кристаллом помещается на нижнюю ступень и нагревается до 100 градусов по Цельсию. (e) Верхние и нижние хлопья выровнены и введены в контакт. (f) При 100 градусах Цельсия, мы можем медленно поднять верхнюю ступень, что приводит к высадке хлопья от штампа до нижнего субстрата. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 5: Хлопья ReS2 передаются под относительной углом 75 градусов. Оптические микрографы(a) кристалл ReS2 механически отшелушивается на субстрате Si/SiO2, (b) кристалл ReS2 механически отшелушивается на si/SiO2/PPC субстрат, (c) в результате структуры после передачи. (d) Топографическая карта AFM конечной структуры, соответствующей области коробок в (c). Измеренный угол между хлопьями ReS2 составляет 74,6 и 0,1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 6: Хлопья ReS2 передаются под определенными относительными углами. (a-f) Оптические микрографы хлопьев ReS2 передаются с намерением формирования углов от 15 до 90 градусов с шагом 15 градусов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 7: Витой MoS2 двухслойный. Оптические микрографы(a) верхней MoS2 хлопья на пленке PMMA, (b) нижней MoS2 хлопья на Si / SiO2 субстрата, (с) и витой MoS2 структуры. Все бары масштаба в оптических изображениях измеряют 5 мкм. (d) Изображение витого MoS2 с линейным профилем (влиной) в направлении, указанном черной пунктирной линией. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Домашняя установка передачи представленная здесь предлагает метод для здания новых многослойных материалов с обоими боковыми и вращательными управлениями. По сравнению с другими решениями, описанными в литературе10,25, наша система не требует сложной инфраструктуры, но она достигает цели контролируемого выравнивания 2D кристаллов.
Наиболее важным шагом в процедуре является выравнивание и размещение верхнего кристалла в контакте с нижним. Вибрации могут быть причиной неудачного выравнивания, поэтому необходимо свести к минимуму их эффект. В этой связи преимущество представленной здесь установки «без рук» заключается в том, что пользователь не рискует вводить вибрации, вызванные ручным управлением манипуляторами. Дальнейшие улучшения могут быть достигнуты путем размещения настройки в среде с более низкими вибрациями или на столе, оборудованном механизмами демпфирования вибрации.
По мере того как ротационное выравнивание становится все более и более важным параметром, чтобы рассмотреть при создании гетероструктур ван дер Ваальса, вращательная способность этой установки передачи является одной из его сильных сторон. Тот факт, что оптический микроскоп ограничен в разрешении краев обоих кристаллов, является основным ограничением точности выравнивания.
Не все 2D материалы инертны в воздухе. Кристаллы, такие как черный фосфор (BP)26 или хром триодид (CrI3)27,28, как известно, деградируют при воздействии воздуха. Таким образом, чтобы создать гетероструктуры с использованием этих материалов, и сохранить нетронутый интерфейс, процедура передачи должна иметь место в инертной среде, например, внутри бардачка. Поскольку представленные здесь приборы передачи являются "без рук", она может эксплуатироваться в перчаточном ящике, где эти инертные материалы могут быть использованы.
Наконец, представленный здесь метод укладки может иметь более широкое применимость и может быть распространен на ситуации, когда два кристалла или кристалл а также субстрат должны быть точно выровнены боковои и вращенно.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать. Авторы не имеют конкурирующих финансовых интересов.
Acknowledgments
Авторы признают финансирование из Университета Оттавы и NSERC Discovery грант RGPIN-2016-06717 и NSERC SPG КК2DM.
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).
