Bu çalışmanın içinde, yeni kristaller (Van der Waals heterostructures) oluşturmak için kullanılan bir tekniği, pozisyon ve göreli oryantasyon üzerinde hassas kontrol sağlayan ultra ince katmanlı 2D malzemeleri istifleyerek tarif ediyoruz.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Bu çalışmanın içinde, yeni kristaller (Van der Waals heterostructures) oluşturmak için kullanılan bir tekniği, pozisyon ve göreli oryantasyon üzerinde hassas kontrol sağlayan ultra ince katmanlı 2D malzemeleri istifleyerek tarif ediyoruz.
Bu çalışmanın içinde, farklı Ultra ince katmanlı 2D materyalleri istifleyerek yeni kristaller (Van der Waals heterostructures) oluşturmak için bir teknik açıklanmaktadır. Biz sadece lateral kontrolü değil, daha da önemlisi, bitişik katmanların açısal hizalamasını da kontrol ediyoruz. Tekniğin çekirdeği, kullanıcının transferde yer alan bireysel kristallerin konumunu kontrol etmesini sağlayan bir ev yapılı transfer kurulumu ile temsil edilir. Bu alt mikrometre (translational) ve alt derece (açısal) hassasiyet ile elde edilir. Onları birlikte istiflemeden önce, izole kristaller, programlanmış bir yazılım arayüzü ile kontrol edilen özel tasarımlı hareketli aşamalar tarafından ayrı olarak yönetilmektedir. Ayrıca, tüm transfer kurulum bilgisayar kontrollü olduğundan, Kullanıcı uzaktan doğru heterostructure alanında çalışmaktadır transfer kurulum ile doğrudan temas olmadan, bu tekniği "Hands-Free" olarak etiketleme oluşturmak olabilir. Transfer kurma hizmeti sunmanın yanı sıra, daha sonra yığılmış kristalleri hazırlamak için iki tekniği de tarif ediyoruz.
İki boyutlu (2D) malzemelerin gelişen alanında araştırma araştırmacılar grafen1,2,3 (bir atomically düz sac karbon atomları) yalıtım etkin bir teknik geliştirdi sonra başladı Grafit. Grafen, aynı zamanda Van der Waals malzeme veya kristaller olarak adlandırılan katmanlı 2D malzemelerin daha büyük bir sınıfın bir üyesidir. Onlar güçlü kovalent intralayer bağ ve zayıf Van der Waals interlayer bağlantı var. Bu nedenle, grafen grafen izolasyon tekniği de bir zayıf interlayer tahvil kırabilir ve tek katmanları izole diğer 2D malzemelere uygulanabilir. Alandaki bir anahtar geliştirme, aynı zamanda iki boyutlu malzemelerin bitişik katmanları tutan Van der Waals tahvil kırık olabilir, onlar da tekrar birlikte2,4koymak olabilir gösteri oldu. Bu nedenle, 2D malzemelerin kristalleri, farklı özelliklere sahip 2D malzemelerin katmanlarını kontrol ederek birleştirerek oluşturulabilir. Bu ilgi büyük bir anlaşma, daha önce doğada varolmayan malzemeler ya da önceden erişilemeyen fiziksel fenomen4,5,6,7 açığa amacı ile oluşturulabilir ,8,9 veya teknoloji uygulamaları için üstün cihazlar geliştirme. Bu nedenle, 2D malzeme istifleme üzerinde hassas kontrol olması araştırma alanında ana hedefleri biri haline gelmiştir10,11,12.
Özellikle, Van der Waals heterostructure alanında çalışmaktadır bitişik katmanları arasındaki büküm açısı malzeme özelliklerini kontrol etmek için önemli bir parametre olarak gösterildi13. Örneğin, bazı açılarda, bitişik katmanlar arasında göreli bir bükülme giriş etkili bir şekilde iki katmanı elektronik olarak ayrıştırabilir. Bu hem grafen14,15 yanı sıra geçiş metal dichalcogenides16,17,18,19incelenmiştir. Daha Geçenlerde, bu şaşırtıcı da bu malzemelerin durumun durumunu değiştirebilirsiniz bulundu. Bu fosfolipid grafen bir "sihirli açı" odaklı keşif düşük sıcaklıklarda bir Mott İzolatör olarak davranır ve elektron yoğunluğu düzgün ayarlı olduğunda bile bir süperiletken büyük ilgi ve açısal kontrol önemini bir gerçekleşmesine yol açtı katmanlı Van der Waals heterostructure alanında çalışmaktadır imal ederken13,20,21.
Motivasyon bilimsel fırsatlar tarafından yeni Van der Waals malzemelerin özelliklerini ayarlama fikri ile katmanlar arasında göreli oryantasyon ayarlayarak açıldı, biz bu tür yapıları oluşturmak için prosedür ile birlikte bir ev inşa enstrüman mevcut açısal kontrol ile.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. transfer prosedürü için enstrümantasyon
2.2D kristalin mekanik Eksfoliasyon.
3. Van der Waals heterostructure alanında çalışmaktadır (üst substrat hazırlama) imalatı için PMMA-PVA yöntemi.
4. POLYDİMETHYLSİLOXANE (PDMS) Van der Waals heterostructure alanında çalışmaktadır (üst substrat hazırlama) imalatı için yöntem damgalama.
5. PMMA-PVA yöntemi (Şekil 3e-h) kullanarak üst substrat alt substrat için gevreği aktarma.
6. damgalama yöntemi (Şekil 4d-f) kullanarak üst substrat alt substrat için gevreği aktarma.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Prosedürlerimizin sonuçlarını ve etkinliğini göstermek için, bir dizi açı kontrollü Renyum disülfit (Res2) ince kristallerin yığınlarını sunuyoruz. Açıklanan yöntemin atomically ince katmanlara da uygulanabilir olduğunu vurgulamak için, aynı zamanda molibden disülfür iki nispeten bükülmüş monolayers yapımı örnek (MoS2).
Transfer kurulumunun açısal hizalama yeteneklerini göstermek için Renyum disülfit (Res
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Burada sunulan ev yapımı transfer kurulumu, hem lateral hem de rotasyonel kontrol ile yeni katmanlı malzemeler oluşturmak için bir yöntem sunmaktadır. Literatürde açıklanan diğer çözümlerle karşılaştırıldığında10,25, sistemimiz karmaşık altyapı gerektirmez, ancak 2D kristallerin kontrollü uyum hedefini elde eder.
Prosedürün en kritik adımı, üst kristalin alt kısmına temas etmesi ve hizalamak olmasıdır. Titreşimler başarısız bir hizalam...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların ifşa etmesi gereken hiçbir şey yok. Yazarlar hiçbir rekabet mali çıkarları var.
Yazarlar Ottawa Üniversitesi ve NSERC Discovery Grant RGPIN-2016-06717 ve NSERC SPG QC2DM fon kabul eder.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 5X objektif objektif | Nikon Metrology | MUE12050 | 23,5 mm çalışma mesafesi ve 0,15 sayısal diyafram açıklığı |
| 50X objektif objektif | Nikon Metrology | MUE21500 | 19 mm çalışma mesafesi ve 0,4 sayısal diyafram açıklığı |
| 100X objektif objektif objektif | Nikon Metrology | MUE21900 | 4,5 mm çalışma mesafesi ve 0,8 sayısal diyafram |
| açıklığı Aseton | Sigma-Aldrich | 270725 | Saflık ve ge; 99,90% |
| Yapışkan bant | Ultron Systems, Inc. | ||
| Anisol | MicroChem | ||
| Atomik kuvvet mikroskobu | Bruker | Boyut Simgesi | ScanAsyst modunu tipikleştiriyoruz |
| Alt kademe rotasyon manipülatörü | Zaber Technologies | X-RSW60A-PTB2 | 360 derece; 4.091 & mu adım boyutuyla hareket edin; rad |
| Alt kademe X manipülatör | Zaber Technologies | X-LSM025A-PTB2 | 47.625 nm adım boyutu ile 25 mm hareket |
| mesafesi Alt aşama Y manipülatörü | Zaber Technologies | X-LSM025A-PTB2 | 47.625 nm adım boyutu ile 25 mm hareket |
| Alt kademe Z manipülatörü | Zaber Technologies | X-VSR40A-KX14A | 95,25 nm adım boyutu ile 40 mm hareket |
| İzopropanol | Sigma-Aldrich | 563935 | Saflık %99,999 |
| LabVIEW yazılımı | National Instruments | ||
| Macor | McMaster-Carr | 8489K238 | |
| Mikroskop kamerası | Zeiss | 426555-0000-000 | 5 megapiksel, 47 fps canlı kare hızı, 100 &mu pozlama süresi; s - 2 s, renkli kamera |
| Molibden disülfür (MoS2) | HQ Grafen | ||
| Optik breadboard | Thorlabs, Inc. | MB4545/M | |
| Optik mikroskop | Nikon Metroloji | LV150N | |
| Oksijen plazma aşındırıcı | Plazma Etch, Inc. | PE-50 | |
| PDMS damgası | Gel-Pak | PF-20-X4 | |
| PMMA 950 A6 | MichroChem Corp. | M230006 0500L1GL | |
| Polipropilen karbonat | Sigma-Aldrich | 389021-100g | |
| PVA Partall # 10 | Kompozitler Kanada | ||
| Renyum disülfür (ReS2< / sub>) | HQ Grafen | ||
| Si/SiO2 substrat | Nova Elektronik Malzemeler | HS39626-OX | |
| Spin kaplayıcı | Laurell Technologies | WS-650-23 | |
| Sıcaklık kontrolörü | Auber Instruments | SYL-23X2-24 | J tipi bir termokupl aracılığıyla alt kademenin sıcaklığını kontrol eder |
| Üst kademe kontrol ünitesi | Mechonics | CF.030.0003 | |
| Üst kademe X manipülatör | Mechonics | MS.030.1800 | 11 nm adım boyutu ile 18 mm hareket |
| Üst kademe Y manipülatörü | Mechonics | MS.030.1800 | 11 nm basamak boyutu ile 18 mm hareket |
| Üst kademe Z manipülatörü | Mechonics | MS.030.3000 | 30 mm hareket mesafesi, 11 nm basamak boyutu |
| Ultrasonik banyo | Elma Schmidbauer GmbH | Elmasonic P 30 H |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.