Hava iki boyutlu malzemelerinin büyük ince pul peeling ve güvenli bir şekilde onları analiz dışında bir torpido taşıyan bir yöntem sunulur.
Biz üretir ve büyük, ince pul hava duyarlı iki boyutlu malzemelerin çözümleme yöntemleri açıklanmaktadır. İnce pul katmanlı ya da van der Waals kristalleri katmanları yapışkan bant kullanarak bir toplu kristal soyulmuş olan mekanik pul pul dökülme kullanılarak üretilmektedir. Bu yöntem yüksek kaliteli pul oluşturur, ancak çoğu kez küçük ve özellikle için nispeten yüksek bölünme enerjileri siyah fosfor gibi malzemelerle bulmak zor olabilir. Belgili tanımlık substrate ve kaseti Isıtma, iki boyutlu malzeme yapışma için belgili tanımlık substrate terfi ve pul verim tarafından yaklaşık on katına kadar artırılabilir. Pul pul dökülme sonra görüntü veya aksi halde bu gevreği çözümlemek gereklidir ama iki boyutlu bazı malzemeler oksijen veya su duyarlıdır ve ne zaman düşer maruz hava. Biz tasarlanmış ve böylece hava duyarlı pul görüntüsü ve çok az bozulma ile analiz geçici olarak bir torpido etkisiz ortamı korumak için hermetik transfer hücre test edilmiştir. Transfer hücre kompakt tasarım hassas malzemelerin optik Analizi bir torpido özel ekipman veya değişiklikler mevcut ekipman olmadan dışında yapılan böyle olduğunu.
Tek bir atom katman aşağı Bakımı çeşitli katmanlı malzemeler ilgi alanları çok çeşitli üretilip. Ancak, araştırma ve uygulama birçok bu malzemelerin karmaşık bir gerçeği onlar havada kararsız ve hızlı bir şekilde okside veya maruz kaldığında hidrat ile. Örneğin; siyah fosfor yarı iletken bir akort doğrudan grup boşluk, yüksek hareket kabiliyetine sahip ve anizotropik optik ve elektriksel özellikleri1,2,3,4,5 ama havada kararsız ve Oksijen8ile etkileşimler nedeniyle bir saat6,7 ‘ den daha az sayıda bozulacaktır. CRI3 iki boyutlu ferromagnetism9,10,11 sergi için son zamanlarda gösterilmiştir ama havaya maruz zaman, neredeyse anında11alçaltır.
Bu malzemelerden yapılmış cihazlar havadan bir torpido çalışma ve onları altıgen bor nitrür12,13gibi kimyasal olarak inert bir malzeme olarak Kapsüllenen tarafından korunabilir. Ancak, bu aygıtların geliştirirken, genellikle tanımlamak ve pul kapsülleme önce analiz gereklidir. Bu analiz örnek torpidoda etkisiz ortamından kaldırma veya analiz donanımları torpidoda içinde koyarak gerektirir. Bir torpido içinde gerekli ekipman yerleştirme pahalı ve hantal olabilir iken bile kısa bir süre için örnek kaldırma riskleri oksidasyon veya hidrasyon, yolu ile zarar. Bu sorunu gidermek için biz böylece o-ebilmek var olmak çıkarmak–dan torpidoda inert bir ortamda tutulması güvenli bir şekilde bir örnek içine alan bir hermetik transfer hücre tasarlanmıştır. Transfer hücre bir örnek 0.3 mm pul bir mikroskop altında kolay tanımlanması yanı sıra optik analiz teknikleri photoluminescence veya Raman spektroskopisi gibi izin vermek için bir cam pencere aşağıda oturuyor.
İki boyutlu bazı malzemeler hava hassas olmanın yanı sıra, aynı zamanda çünkü tipik mekanik pul pul dökülme yöntemiyle ince pul pul pul zordur bir nispeten yüksek bölünme enerji, nispeten zayıf uçak-tahvil veya her ikisi. CVD büyüme14,15, sıvı eksfoliyasyon16veya altın aracılı pul pul dökülme17,18 gibi diğer yöntemleri ince tabakalar üretmek için geliştirilmiştir ancak daha az saf flakes neden olabilir ve yalnızca belirli malzemeler çalışır. Pul pul dökülme grafen yüksek sıcaklıklardaki, en az bir on yıl19büyük pul üretmek bilinmektedir rağmen bu teknik kantitatif son zamanlarda grafen ve bı2Sr2CaCu2 için karakterize Ox 20pul. Burada, pul pul dökülme verim siyah fosfor, pul pul Rootkitler zordur bir malzeme için de bu sıcak pul pul dökülme geliştirir göstermek. Bu teknik, bir hermetik transfer hücre ile birlikte pul pul dökülme ve hava hassas, iki boyutlu malzemelerin analizi kolaylaştırır.
Sıcak pul pul dökülme bozulmamış ince ince tabakalar da birçok downfalls alternatiflerin kaçınırken üretmek için tipik mekanik pul pul dökülme yeteneğini korur. Tipik mekanik pul pul dökülme gibi bu teknik malzeme küçük bir alt için sınırlı değildir. Sıcak pul pul dökülme malzeme Isıtma inert bir ortamda 2 min için 120 ° c’in tolerans göstereceği sürece oda sıcaklığında mekanik pul pul dökülme kullanarak Bakımı herhangi bir malzeme için uygulanır. Biz de20 gösterilmiştir olduğunu unutmayın Isıtma zaman ve sıcaklık (100 ° C) üzerindeki yonga yoğunluğu göze çarpan herhangi bir fark yapmazlar. Artan kişi ile birlikte ortalama pul büyüklük belgili tanımlık substrate ve pul arasında bağ gücü artırarak da geliştirilebilir. Bunu yapmanın bir yolu O2 plazma ile belgili tanımlık substrate davranarak olurdu ama bu da zor ya da imkansız heterostructure imalat20gerektiren aygıtlar kullanmak için almak pul yapar.
Transfer hücre herhangi bir uygun metalden oluşturulması. Biz bu makineye kolaydır ama TCE (Epoksi kaldırmak için kullanılır) unstabilized, ısıtmalı veya su ile karışık alüminyum için aşındırıcı unutulmamalıdır çünkü alüminyum kullanılır. Paslanmaz çelik daha dayanıklı ve daha az reaktif TCE ile olur. Ancak, biz bu yöntemi kullanarak RT. herhangi bir aşındırıcı etkisi görmedim Ne zaman yumuk, pencerenin alt üst tabanının yukarıda 0.8 mm öyle ki, görüntüleme ve çözümleme ile yüksek sayısal diyafram hedefleri için transfer hücrenin yapıdır. 0,5 mm kalınlığında substrat ve 0,1 mm kalın yapıştırıcı ile örnek 0.3 mm aşağıda aktarım hücrenin üstüne oturur. Görüntüleme ve çözümleme yüksek büyütme ve nispeten kısa çalışma mesafe hedefleri ile bu yakınlık sağlar. Pullu malzeme açıkça görülebilir 5, 20, 50 kez büyütme ince pul kolay tanımlanması için izin. Yüksek büyütme oranlarında küresel pencerenin yanında önemli ölçüde neden aberasyonları görüntü kalitesi düşer. Örnek substrat az 0,7 mm kalınlığında koşuluyla, var. riski hücre sıkma üzerinden Ne zaman kapağı aşağı mahvoldu, aşırı gaz iş parçacıklarındaki havalandırma yoluyla okuldan. Aşamasında, havalandırmaya tam yerini önemli değil ama bu örnek, vakum yağ veya başka bir şey ile engel değil ki önemlidir. Havalandırmaya kırılgan 0,1 mm kalın pencere ne zaman kapağı aşağı mahvoldu dolarkomisyon nedeniyle kırma engeller. Pencere sadece birkaç mbar basınç değişiklikleri dayanabilir.
Transfer hücreleri için kullanılan coverglass pencere borosilikat camdan yapılmış ama dalga boylarında dışında optik analiz için kullanım yakın kızılötesi, diğer pencere malzemeleri için görünür olabilir. En iyi görüntüleme için cam pencere yüklerken özen gösterilmelidir. Düzgün oturmuş değil, örnek ve pencere arasındaki mesafe beklenenden daha büyük olabilir. Özellikle küçük çalışma mesafe amaçları için bu içine çökmesine ve camı kırmak için hedefi neden olabilir. Ayrıca, bazı kullanırdı daha hızlı daha yüksek sıcaklıklarda tedavi edecek, ama metaller ve cam farklı termal genleşme katsayıları olmadığından, dul geri oda sıcaklığında soğutma sonra deforme. Epoksi aynı sıcaklıkta (yani, hücre oda sıcaklığında kullanılacaksa) hangi o kullanılacak tedavi edilmelidir, epoksi ayrıca oda sıcaklığında tedavi edilmelidir.
The authors have nothing to disclose.
Bu eser NSF Ödülü numarası DMR-1610126 tarafından desteklenmiştir.
Ablestik 286 epoxy | Loctite | 256 6 OZ TUBE KIT | air-tight epoxy |
Acetone | EDM Millipore Corporation | 67-64-1 | |
Circular coverglass, 24 mm dia, 0 thickness | Agar Scientific | AGL46R22-0 | window glass |
Dicing tape | Ultron systems | 1009R | exfoliation tape |
High-Vacuum grease | Dow Corning | 1597418 | O-ring grease |
Isopropanol | VWR Chemicals | BDH20880.400 | |
Silicon wafer, 300 nm oxide | University Wafer | E0851.01 | flake substrate |
Silicon wafer, 90 nm oxide | Nova Electronic Materials | HS39626-OX | flake substrate |