Araştırmamız hiçbir sözleşme kapsamında Müdürü, Fen Dairesi, Enerji sp2 Programı US Department of Energy Temel Bilimler Dairesi tarafından desteklenmiştir. DE-AC02-05CH11231 (STM enstrümantasyon geliştirme ve cihaz entegrasyonu); Donanma Araştırma (cihaz karakterizasyonu) Ofisi, ve NSF ödül yok. CMMI-1235361 (dl / dV görüntüleme). STM veriler analiz ve WSxM yazılımı kullanılarak hale getirildi. 33 DW ve AJB Milli Savunma Bilimi ve Mühendisliği Yüksek Lisans Bursu (NDSEG) Programı aracılığıyla Savunma Bakanlığı (DoD), 32 CFR 168A tarafından desteklenmiştir.

Cu Folyo 22,23 1. Elektrokimyasal parlatma Not: Elektrokimyasal parlatma koruyucu yüzey kaplama kaldırarak grafen büyümesi için çıplak Cu yüzeyi ortaya çıkarır ve büyüme tohum yoğunluğunu kontrol eder. <ol><li> 100 ml ultra saf su, 50 mi etanol, 50 ml fosforik asit 10 ml izopropanol, ve 1 g üre karıştırılmasıyla bir elektrokimyasal parlatma çözelti hazırlayın. </li><li> 3 cm folyolar ile birden içine 3 cm Cu folyo kesin. Not: her folyo, bir anot ya da bir katot olarak hizmet eder. </li><li> Bir tutucu ile dikey Cu folyo kırpma ve güç kaynağının uygun terminaline bağlanarak anot / katot ayarlayın. Not: anot (pozitif uç) grafen büyümesi için elektrokimyasal cilalı olacaktır. </li><li> Parlatma başlamadan önce, güç kaynağı 4.8 V sabit voltaj ayarlayın. </li><li> Anot ve katot kısa sürede güç kaynağı açın anda electrochemi içine daldırılırcal parlatma çözüm. Yaklaşık 2 cm elektrotları ayırın. Elde edilen akım 1-2 A arasında olup olmadığını kontrol edin </li><li> Güç kaynağı kapatarak 2 dakika sonra elektrokimyasal parlatma durdurun. Anot çıkarın ve hemen ultra saf su, aseton ve izopropanol ile ayrı ayrı durulayın. </li><li> N 2 gazı ile durulanır Cu folyo fön ve kuru bir kapta saklayın. </li></ol> Cu Folyo 22-25 tarihinde Grafen 2. Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) <ol><li> CVD fırında bir kuvars tüpü yerleştirin ve KF parçaları ile gaz hattına geri kalanına tüp bağlayın. </li><li> Bir kuvars tekne üstünde bir elektrokimyasal cilalı Cu folyo koyun. Cu folyo CVD fırının ortasına yerleştirilir kadar uzun bir çubuk kullanarak, kuvars tüp içine kuvars tekne itin. KF parçaları ile sistem içine alın. </li><li> Bir kaba pompa ile sistem aşağı Pompa. H 2 ile sistemi temizlemek. </li><li> 1050 sıcaklığı kadar rampa6; C H 2 200 sccm&#39;lik ile. 2 st için aynı gaz akışı ile 1050 ° C ile birleşecek. Not: Sıcaklık aracılığıyla ölçülür yerleşik K tipi termokupl tüp fırında. </li><li> Aynı gaz akışı ile 1030 ° C&#39;ye kadar soğutun. 40 SCCM CH 4 ve 10 sccm H2 ile 10 dakika boyunca grafen büyütün. </li><li> En kısa sürede büyümesi üzerine olduğu gibi, haksız fiil aşağı hızla soğumaya fırın kaputu açın. Aynı gaz akışı tutun. </li><li> Sıcaklığı 100 ° C&#39;nin altında olduğu zaman, gaz akışı kapatın. </li><li> Pompayı kapatın. Yavaş yavaş gaz hattı ve N2 gaz silindiri arasındaki ölçme vanasını açarak N 2 gazı ile sisteme havalandırın. </li><li> Örnek çıkar. İstenilen boyutlarda parçalara Cu folyo kesin. </li><li> Bir desikatör içinde kuru bir kapta örnek saklayın. </li></ol> Bir SiO 2 Chip üzerine h-BN 3. Mekanik Eksfoliasyon 19-21 <ol><li> Bir SiO 2 yongasını temizleyin. Not: SiO 2 çip toplu Si üstünde yaklaşık 285 nm kalınlığında bir SiO2 tabakadan oluşur. <ol><li> Bir elmas çizici kullanarak 1 cm&#39;lik cips yaklaşık 1 cm içine SiO 2 gofret kesin. </li><li> Su ve izopropanol ile SiO2 çip durulayın. Her durulama sonrasında su / izopropanol ile kaplı SiO 2 yüzeyini tutun. </li><li> Yüzeyinden sıvıyı çıkarmak için Spin kaplayıcı üzerinde SiO 2 çipi yerleştirin. 15 sn 3,000 rpm ile çip Spin. </li><li> Karanlık alan ayarı ile bir optik mikroskop altında çip temizliğini kontrol edin. Not: karanlık alan ayarının altında katı artıklar parlak parçacıklar görünür. </li></ol></li><li> Bir optik mikroskop ile temiz bir masanın üzerine temiz bir SiO 2 çipi, pul pul dökülme bant ve h-BN kristal yerleştirin. </li><li> Bir ana bant ve ikinci kaset: iki şerit hazırlayın. Onların yapışkan tarafı ile masaya hem yukarı yerleştirin. Ebeveyn bandın yapışkan tarafında bir h-BN kristal yerleştirin. </li><li> S yerleştirinebeveyn kasete h-BN kristal üzerine ikinci bandın ticky tarafı (ikinci ve ana bantlar yapışkan kenarları dokunmadan böylece). Hava kabarcığı kaldırmak için hafifçe kristal üzerine sürün. </li><li> İkinci kaset üzerine h-BN kristal pul pul ikinci şeridi sıyırın. Ileride kullanmak üzere üst bandı saklayın. </li><li> , Kendi üzerine ikinci bandı katlayın kristal üzerine hafifçe ovmak ve şeridi sıyırın. H-BN kristalleri ikinci bant, her zaman yepyeni bir bölgeye aktarılır, böylece ikinci bandı katlama, Bu işlemi 10 kez tekrarlayın. </li><li> Mikroskop altında temiz bir SiO 2 çipi yerleştirin. SiO 2 çip üzerine h-BN kristal içeren ikinci bant bölgesini yapıştırın. Teyp de gelecek pul pul dökülme aşamasında çip güvenliği için mikroskop stand yapışıyor emin olun. </li><li> Yavaşça mikroskop altında sürecinin izlenmesi, şeridi sıyırın. Bant neredeyse sıyrılır gibi, SiO 2 tutmak için bir cımbız kullanın </suyerinde b&gt; yongası. Not: Çok hızlı Soyma yonga üzerinde daha az h-BN gevreği neden olacaktır. </li><li> Bant sıyrılır sonra CVD ocağı içindeki çip yerleştirin. 2 saat boyunca 500 ° C de hava içinde çip tavlanması. </li></ol> 4. Poli (metil metakrilat) (PMMA) üzerinde grafen 26-28 Aktarım h-BN / SiO2 <ol><li> Grafen / Cu / grafen folyo üzerine PMMA (A4) bir damla koyun. Spin-ceket 30 sn içinde 3.000 rpm ile folyo. Not: FeCl3 (aq) yaklaşan aşındırma aşamasında Cu katmanı uzak etches gibi PMMA / grafen tabakası girmemiş (Şekil 2) kalacaktır olurken, arka grafen kapalı düşecek. </li><li> FeCl3 (aq) ultra saf su 5 dakika, FeCl 3 (aq), 5 1 dk 1,5 dk: Bir FeCl3 dayanıklı kaşık kullanarak, spin-kaplı Cu folyo bu sıraya göre aşağıdaki çözümlere şamandıra izin Ultra saf su dak, FeCl3 (sulu), ultra saf su ile 5 dakika, ultra saf su borular üzerinde 5 dakika ile 15 dakikar ve ultra saf su 30 dakika. Ayrı bir kabta her ultra saf su banyosu hazırlayın. </li><li> Bir h-BN / SiO 2 çipi ile PMMA / grafen örneği Balık. Suyun çıkarılması için 10 dk için, 80 ° C&#39;de bir sıcak plaka üzerine yerleştirin ve 180 ° C&#39;de 15 dakika 27 PMMA filmi dinlenmesi için. </li><li> CH 2 Cl 2 O PMMA / grafen / h-BN / SiO 2 çip yerleştirin / N PMMA katmanı çözmek için. </li></ol> 5. Ar / H 2 Tavlama 29,30 <ol><li> CVD fırının üzerine kuvars tüp yerleştirin ve KF parçaları ile gaz hattına geri kalanına tüp bağlayın. </li><li> Bir kuvars teknede grafen / BN / SiO 2 çipi yerleştirin. Çip CVD fırının ortasına yerleştirilir kadar uzun bir çubuk kullanarak, kuvars tüp içine kuvars tekne itin. KF parçaları ile sistem içine alın. </li><li> Bir kaba pompa ile sistem aşağı Pompa. H 2 ve Ar ile sisteminizi temizleyin. </li><li> 100 sc ile 1 atm basınç oluşturulmasıcm, H 2 ve 200 bir ölçme valfı ile Ar SCCM. Basınç 1 atm ulaştığında, 1 atm&#39;de basıncı stabilize etmek üzere ölçme valfinin diyafram boyutunu ayarlamak. </li><li> Aynı gaz akımı ile 5 saat boyunca 350 ° C sıcaklık ve tavlama hızlandırılmasıdır. </li><li> Aynı gaz akışı ile oda sıcaklığına soğutun. </li><li> Sıcaklığı 100 ° C&#39;nin altında olduğu zaman, gaz akışı kapatın. Tüm vanaları kapatın. </li><li> Pompayı kapatın. Yavaş yavaş gaz hattı ve N2 gaz silindiri arasındaki ölçme vanasını açarak N 2 gazı ile sisteme havalandırın. </li><li> Örnek çıkar. Grafen katmanları ve Raman spektroskopisi 32 kusur düzey sayısını kontrol edin. Optik mikroskop altında temizlik / tekdüzelik edin. Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile optik mikroskop altında temiz görünür Tarama birden alanlar örnek de küçük bir uzunluk ölçeği (&lt;500 nm) temiz / üniforma görünür olmasını sağlamak için. </li><li> Bir iç kuru bir kapta saklayındesiccator. </li></ol> 6. STM Ölçüm 2-5 için Kapısı-ayarlanabilir Grafen Cihazı Montaj <ol><li> Ar / H2 üzerine 50 mikron ile 50 mikron Au / Ti kontakt pedi buharlaşması CVD grafen / h-BN / SiO 2 numuneyi -annealed. <ol><li> Bir micromanipulator üstüne bir sahneye örnek bantlayın. </li><li> Optik mikroskop ile izlerken, Au / Ti temas yüzeyini kaplayan olmadan ilgi bölgenin yakınında tevdi edilecek, böylece mikromanipülatör kullanarak grafen ile şablon maske hizalayın. </li><li> Bir e-ışın evaporatöre şablon maskesi ile örnek aktarın. 3 Å / sn Ti 10 nm buharlaşır. Vakum bozmadan aynı buharlaşma seansta 3 Å / sn Au 30-50 nm buharlaştırılması ile Ti katmanı örtün. Not: Alternatif olarak, Cr 1 nm Ti 10 nm için iyi bir alternatiftir. </li><li> Sahne kaldırmak için mikromanipülatör geri şablon maskesi ile örnek aktarın. </li></ol></li> &lt;li&gt; Dağı ultra-yüksek vakum (UHV) numune plaka üzerine örnek. <ol><li> Bir UHV örnek plaka üzerinde safir ince bir parça yerleştirin. Not: Si ve STM toprak arasındaki elektriksel teması engelleyen bir yalıtım tabakası olarak safir görür. Bundan başka, Safir örneği tavlama amacıyla mükemmel bir ısı iletkendir. </li><li> Safir en ilgili örnek yerleştirin. Numune üzerinde safir başka ince bir parça yerleştirin. Safir grafen yüzeyini kaplayan olmadığından emin olun. </li><li> Metalik kelepçe ile safir / numune / safir yapısını sabitleyin. Tüm yapı rijit olduğundan emin olun veya başka bir STM içinde titrer. </li></ol></li><li> UHV örnek plaka terminalleri Tel-bono grafen cihazda kişileri mülk için. Not: yatırılan Au / Ti elektrotlar tel bağlanmış Si toplu tel bağlanmış kapı elektrot (Şekil 1) ise toprağa bulunmaktadır. <ol><li> Topraklı tel bağlama sahnede monte örnek yerleştirin. </li><li> Bir optik mikroskop kullanılarak Au / Ti kişileri yerleri belirleyin. </li><li> Bir tel Bonder açın. Tel Bonder pnömatik ise, N 2 gazı açın. İki bağları yapmak için tel Bonder ayarlayın. </li><li> Bir tel bağlama kolunu kullanarak, UHV örnek plaka üzerinde uygun terminalin üstüne tel yapıştırıcının ucu yerleştirin. Aşağı taşı ve tel Bonder yapıştırma bitmiş olduğunu gösterir kadar yavaşça terminalin üzerine tel yapıştırıcının ucu bastırın. </li><li> Grafen cihazda Au / Ti kişiye bir tel geçirin. Aşağı taşı ve tel Bonder yapıştırma bitmiş olduğunu gösterir kadar yavaşça Au / Ti temas üzerine tel yapıştırıcının ucu bastırın. </li><li> Arka kapısı olarak kullanılacaktır Si göstermek için SiO 2 çip kenarında bazı SiO 2 kapalı kazımak için bir elmas çubuk kullanın. Maruz Si için iki yapıştırma işlemi tekrarlayın. </li><li> Bir UHV (10 -10 Torr) hazırlık odasının içine numuneyi yerleştirin ve tel bağlanmış g tavlanmasıyaklaşık 300 ° C &#39;de raphene cihazı. Bir STM odasına cihazı aktarın. Not: yüzeyi STM altında temiz görünene kadar grafen cihazı (. Bölümüne bakınız Protokolün 8) tavlı olmalıdır. tavlama süresi cihazın ilk temizlik bağlı olarak değişecektir. </li></ol></li></ol> (111) Yüzey 31 Au 7. STM İpucu Kalibrasyon <ol><li> Au yüzeyi düzleştirmek / temizlemek için UHV odasında ısıtıcı sahnede tavlama / Bir Au sputter (111) örnek. 375 ° C&#39;de 5 dakika boyunca tavlama ve Ar + ışın ile 5 dakika boyunca sputter V. STM tarama aşaması için Au (111) bir numunesi, transfer 500 hızlanmıştır. </li><li> Bir STM ucu ile Au (111) yüzeyi yaklaşın. Au (111) balıksırtı yeniden dek STM ucunda 10 V darbeleri uygulayın açıkça görülebilir. </li><li> (111) dI / dV spektrumunu ucu şeklini ayarlama ve standart Au diferansiyel iletkenlik dl / dV spektrumunu karşılaştırarak ucu kalibre. 31 </sup&gt; <ol><li> Temiz / düz bölgeyi tanımlamak için 40 nm kare 40 nm ile Au (111) yüzeyi tarayın. Yüzey basamak kenarları yüksek bir yoğunluğa sahip olursa, tarama için yeni bir alana taşımak. </li><li> Yavaşça Au (111) yüzeyin temiz bir bölgeye 1.0 nm STM ucu 0.4 çökebilir; Bu kontrollü çökmesini bir ac modüle gerilim akım tepki üzerine kilit-in üzerinden dI / dV spektrumunu almak için. &quot;poke&quot; geribildirim kapatın ve &quot;Spektroskopisi al&quot; butonuna tıklayınız düğmesi olarak adlandırılır (6 mV ve 613,7 Hz) İpucu önyargı eklendi. Not: ucunda sağlanan ac modüle gerilim (6 mV ve 613,7 Hz) sonra ortaya çıkan tünel akımı aynı frekansta akım bileşeni izole eder ve dI / dV sinyalini verir kilit-amplifikatör, gider. Örnek önyargı 1.0 V -1.0 den süpürüldü olarak bu sinyali kaydederek, dI / dV spektrum oluşturulur. Bu spektroskopi programı almak için eve yazılmış, talimat Çünküspektroskopisi farklı programlar arasında değişecektir. </li><li> Standart Au (111) dI / dV spektrumu (Şekil 4) karşı elde edilen dI / dV eğrisini kontrol edin. Emin Au (111) yüzey durumu dl / dV eğrisi ve spektrum herhangi anormal özelliği yoktur o mevcut olduğundan emin olun. Ölçülen dl / dV eğrisi kabul edilebilir değilse, dI / dV eğrisi Şekil 4&#39;te gösterilen biri gibi görünüyor kadar adım 7.3.2 yılında körü tekrarlayın. </li><li> Uç şekli ve dI / dV spektrumunun optimize sonra, 30 dakika için 15 bekleyin; STM ucu kararsız ise, dI / dV spektrum bu zaman aralığında değişecektir. STM ucu stabil olup olmadığını teyit etmek için farklı bir yerde bir dI / dV spektrumunu yeniden çekin. </li><li> Dl / dV eğrisi değişip değişmediğini adım 7.3.2 yılında körü tekrarlayın. Dl / dV eğrisi değişmeden ise grafen tarama devam edin. </li></ol></li></ol> 8. Tarama Grafen <ol><li> TrBir STM tarama aşamasına grafen cihazı ansfer. </li><li> STM ucu ve grafen cihazı görmek için uzun mesafeli optik mikroskop kullanın. Sonra yanal ucu ve ilgi h-BN pul hizalayarak, grafen yaklaşım. </li><li> 2 nm alanına göre 2 nm taramaya başlayın. Yavaşça vb 15 nm, 20 nm ile 20 nm, 10 nm, 15 nm ile 5 nm, 10 nm ile 5 nm Tarama penceresini büyütmek. Büyük bir kirlilik (yükseklik&gt; 100 pm) karşılaştı, ucu çekilme ve farklı bir alana taşıyın. </li><li> (Ref bkz. 21), bir dI / dV spektrumunu alın ve grafen / h-BN tabaka üzerinde standart dl / dV spektrum karşılaştırın. Spektrum karşılaştırılabilir değilse, bir Au (111) yüzeyinde ucu yeniden kalibre (bkz. Protokolün 7). </li><li> Tarama birden alanlar karşılaştı ne kadar sık ​​büyük kirlilik (yükseklik&gt; 100 pm) bir anlamda almak için. Bu istatistiklere göre, numunenin temizliğini anlamak. </li></ol> Bir Grafen Surfac 9. yatırmak Coulomb safsızlıklare, 2-4 arası <ol><li> Ca kaynağı edinin. Bir UHV Test odası içinde bir artık gaz analiz cihazı (RGA) ve kuartz kristali mikro-(QCM) ile Ca atomu buharlaşmasını kalibre edin. Not: QCM Ca birikme oranını ölçer RGA Ca mevduat saflığını değerlendirir. <ol><li> Ca kaynağı üzerinden akım çalıştırın. </li><li> RGA kütle spektrumunda algılandığında 10 -10 Torr Ca kısmi basıncı kadar geçerli artırın. Ca ve Ar aynı kütleye sahip ve bu nedenle RGA içinde ayırt edilemez olduğu gerçeğinin farkında olun. </li><li> QCM ile Ca çöktürme hızı (tabaka / sn) ölçün. <ol><li> Girdi yoğunluğu (örneğin, 1.55 g / Ca iyonu için cm 3) mevduat oranını çökelmeye frekans kayması değeri dönüştürmek için. </li><li> QCM için birikme hızı monitörü / s birikme hızını okur; Bir tek tabaka kalınlığı (örneğin, 0.228 A Ca iyonu iyonik çapına eşit olduğunu varsayarak katman / sn için bu dönüştürme) Mevduat. </li></ol></li><li> Biriktirme hızı monitörü istenen birikme oranını (örneğin, 3.33 x 10 -5 tabaka / sn) gösterene kadar geçerli ayarlayarak optimum akım belirleyin. </li></ol></li><li> Çökelme hızı göz önüne alındığında (örneğin, 3.33 x 10 -5 tabaka / sn) adım 9.1.3 istenilen ödemesi için zaman (sn) hesaplamak (örneğin, 0.01 tek tabaka) Ca STM, adım 9.1.3 optimal akım ayarı ile in situ olarak bir Cu (100) yüzeyi üzerinde Ca bırakır. Cu STM ile (100) yüzey (adım 8.5 bakınız) sonrası birikimi Ca kapsamı ve temizliğini kontrol edin; STM altında Cu (100) yüzey durumu beklendiği görünür olarak kadar geçerli ayarı yeniden kalibre. Not: Biriktirme parametreler kötü kontrollü birikimi ile grafen cihazı kontamine riskini en aza indirmek için Cu (100) ilk optimize edilmiştir. </li><li> At yerinde birikimi için bir STM ile grafen cihazı aktarın4 K. </li><li> Mevduat grafen yüzeye Ca atomu ücret. <ol><li> Grafende CA yerleştirilmeden önce, Ca kaynağı outgass. Adım 9.2 istenilen akım ulaşılana kadar yavaşça 0.25 A her 5-10 dk ile kaynağında akımı artırır. Grafen ulaşmasını outgassed kirletici bilmek grafen ve Ca kaynağı arasındaki bir kapağı kapatın. </li><li> Buharlaşma akı çekim açmadan önce 20 dakika süreyle stabilize edelim. </li><li> Deklanşörü ve arzu edilen mevduat açın (örneğin, 0.01 tek katmanlı) grafen yüzeyine Ca iyonlarının miktarı. Grafen aygıt hattı görüş Ca kaynağı ile olduğundan emin olun. STM ucu hattının görüş Ca kaynağı STM ucuna yapışmasını Ca atomu önlemek için dışarı olduğundan emin olun. </li></ol></li><li> (8.5 Adım bakınız) Ca kapsamı ve STM ile post-biriktirme grafen yüzeyinin temizliğini kontrol edin. Ref bakın. 2, 3 ve grafin ilgili Coulomb kirliliklerin çalışma ayrıca protokol 4. </li></ol>

<ol>
	<li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electric+field+effect+in+atomically+thin+carbon+films.">Electric field effect in atomically thin carbon films.</a> Science. 306 (5696), 666-669 (2004).</li><li>Brar, V. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gate-controlled+ionization+and+screening+of+cobalt+adatoms+on+a+graphene+surface.">Gate-controlled ionization and screening of cobalt adatoms on a graphene surface.</a> Nat. Phys. 7 (1), 43-47 (2011).</li><li>Wang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+Dirac+quasiparticles+near+a+single+Coulomb+impurity+on+graphene.">Mapping Dirac quasiparticles near a single Coulomb impurity on graphene.</a> Nat. Phys. 8 (9), 653-657 (2012).</li><li>Wang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observing+atomic+collapse+resonances+in+artificial+nuclei+on+graphene.">Observing atomic collapse resonances in artificial nuclei on graphene.</a> Science. 340 (6133), 734-737 (2013).</li><li>Riss, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+and+tuning+molecular+levels+at+the+surface+of+a+gated+graphene+device.">Imaging and tuning molecular levels at the surface of a gated graphene device.</a> ACS Nano. 8 (6), 5395-5401 (2014).</li><li>Chen, J. H., Jang, C., Adam, S., Fuhrer, M. S., Williams, E. D., Ishigami, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charged-impurity+scattering+in+graphene.">Charged-impurity scattering in graphene.</a> Nat. Phys. 4 (5), 377-381 (2008).</li><li>Pi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electronic+doping+and+scattering+by+transition+metals+on+graphene.">Electronic doping and scattering by transition metals on graphene.</a> Phys. Rev. B. 80 (7), 075406 (2009).</li><li>Jang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+the+effective+fine+structure+constant+in+graphene:+Opposing+effects+of+dielectric+screening+on+short-+and+long-range+potential+scattering.">Tuning the effective fine structure constant in graphene: Opposing effects of dielectric screening on short- and long-range potential scattering.</a> Phys. Rev. Lett. 101 (14), 146805 (2008).</li><li>McChesney, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extended+van+Hove+singularity+and+superconducting+instability+in+doped+graphene.">Extended van Hove singularity and superconducting instability in doped graphene.</a> Phys. Rev. Lett. 104 (13), 136803 (2010).</li><li>Geim, A. K., Novoselov, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+rise+of+graphene.">The rise of graphene.</a> Nat. Mater. 6 (3), 183-191 (2007).</li><li>Wang, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gate-variable+optical+transitions+in+graphene.">Gate-variable optical transitions in graphene.</a> Science. 320 (5873), 206-209 (2008).</li><li>Lee, C., Wei, X. D., Kysar, J. W., Hone, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+elastic+properties+and+intrinsic+strength+of+monolayer+graphene.">Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene.</a> Science. 321 (5887), 385-388 (2008).</li><li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Giant+phonon-induced+conductance+in+scanning+tunneling+spectroscopy+of+gate-tunable+graphene.">Giant phonon-induced conductance in scanning tunneling spectroscopy of gate-tunable graphene.</a> Nat. Phys. 4 (8), 627-630 (2008).</li><li>Zhang, Y., Tan, Y. W., Stormer, H. L., Kim, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+observation+of+the+quantum+Hall+effect+and+Berry&#8217;s+phase+in+graphene.">Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry&#8217;s phase in graphene.</a> Nature. 438 (7065), 201-204 (2005).</li><li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+gas+of+massless+Dirac+fermions+in+graphene.">Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene.</a> Nature. 438 (7065), 197-200 (2005).</li><li>Biswas, R. R., Sachdev, S., Son, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coulomb+impurity+in+graphene.">Coulomb impurity in graphene.</a> Phys. Rev. B. 76 (20), 205122 (2007).</li><li>Novikov, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastic+scattering+theory+and+transport+in+graphene.">Elastic scattering theory and transport in graphene.</a> Phys. Rev. B. 76 (24), 245435 (2007).</li><li>Pereira, V. M., Nilsson, J., Castro Neto, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coulomb+impurity+problem+in+graphene.">Coulomb impurity problem in graphene.</a> Phys. Rev. Lett. 99 (16), 166802 (2007).</li><li>Dean, C. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Boron+nitride+substrates+for+high-quality+graphene+electronics.">Boron nitride substrates for high-quality graphene electronics.</a> Nat. Nanotechnol. 5 (10), 722-726 (2010).</li><li>Xue, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scanning+tunnelling+microscopy+and+spectroscopy+of+ultra-flat+graphene+on+hexagonal+boron+nitride.">Scanning tunnelling microscopy and spectroscopy of ultra-flat graphene on hexagonal boron nitride.</a> Nat. Mater. 10 (4), 282-285 (2011).</li><li>Decker, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+electronic+properties+of+graphene+on+a+BN+substrate+via+scanning+tunneling+microscopy.">Local electronic properties of graphene on a BN substrate via scanning tunneling microscopy.</a> Nano Lett. 11 (6), 2291-2295 (2011).</li><li>Yan, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+the+synthesis+of+wafer-scale+single-crystal+graphene+on+copper+foils.">Toward the synthesis of wafer-scale single-crystal graphene on copper foils.</a> ACS Nano. 6 (10), 9110-9117 (2012).</li><li>Zhang, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-temperature+chemical+vapor+deposition+growth+of+graphene+from+toluene+on+electropolished+copper+foils.">Low-temperature chemical vapor deposition growth of graphene from toluene on electropolished copper foils.</a> ACS Nano. 6 (3), 2471-2476 (2012).</li><li>Li, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-area+synthesis+of+high-quality+and+uniform+graphene+films+on+copper+foils.">Large-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils.</a> Science. 324 (5932), 1312-1314 (2009).</li><li>Zhang, Y., Zhang, L., Zhou, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+chemical+vapor+deposition+of+graphene+and+related+applications.">Review of chemical vapor deposition of graphene and related applications.</a> Acc. Chem. Res. 46 (10), 2329-2339 (2013).</li><li>Reina, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transferring+and+identification+of+single-and+few-layer+graphene+on+arbitrary+substrates.">Transferring and identification of single-and few-layer graphene on arbitrary substrates.</a> J. Phys. Chem. C. 112 (46), 17741-17744 (2008).</li><li>Suk, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transfer+of+CVD-grown+monolayer+graphene+onto+arbitrary+subsrates.">Transfer of CVD-grown monolayer graphene onto arbitrary subsrates.</a> ACS Nano. 5 (9), 6916-6924 (2011).</li><li>Regan, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+direct+transfer+of+layer-area+graphene.">A direct transfer of layer-area graphene.</a> Appl. Phys. Lett. 96 (11), 113102 (2010).</li><li>Ishigami, M., Chen, J. H., Cullen, W. G., Fuhrer, M. S., Williams, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+structure+of+graphene+on+SiO2.">Atomic structure of graphene on SiO2.</a> Nano Lett. 7 (6), 1643-1648 (2007).</li><li>Dan, Y., Lu, Y., Kybert, N. J., Luo, Z., Johnson, A. T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrinsic+response+of+graphene+vapor+sensors.">Intrinsic response of graphene vapor sensors.</a> Nano Lett. 9 (4), 1472-1475 (2009).</li><li>Chen, W., Madhavan, V., Jamneala, T., Crommie, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scanning+tunneling+microscopy+observation+of+an+electronic+superlattice+at+the+surface+of+clean+gold.">Scanning tunneling microscopy observation of an electronic superlattice at the surface of clean gold.</a> Phys. Rev. Lett. 80 (7), 1469-1472 (1998).</li><li>Saito, R., Hofmann, M., Dresselhaus, G., Jorio, A., Dresselhaus, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman+spectroscopy+of+graphene+and+carbon+nanotubes.">Raman spectroscopy of graphene and carbon nanotubes.</a> Adv. Phys. 60 (3), 413-550 (2011).</li><li>Horcas, I., Fernandez, R., Gomez-Rodriguez, J. M., Colchero, J., Gomez-Herrero, J., Baro, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=WSXM:+A+software+for+scanning+probe+microscopy+and+a+tool+for+nanotechnology.">WSXM: A software for scanning probe microscopy and a tool for nanotechnology.</a> Rev. Sci. Instrum. 78 (1), 013705 (2007).</li></ol>

Authors have nothing to disclose.

STM karakterizasyonu için, grafen cihaz imalat kritik hedefleri şunlardır: 1) kusurların az sayıda tek tabakalı grafen büyüyen, 2) büyük, temiz, muntazam ve sürekli grafen yüzey elde, 3) arasında yüksek dirençli bir grafen cihazı montaj grafen ve kapı (yani, hayır &quot;kapı kaçak&quot;), ve 4) bireysel Coulomb pislikleri yatırma. ilk gol grafen bir Cu folyo üzerinde yetişen sırasında CVD işlemi, tarafından yönetilir. Birden fazla alt-tabaka aday (ör...

Grafen olağanüstü, elektriksel, optik ve mekanik özellikler ortaya çıkarmaktadır benzersiz bir doğrusal bant yapısı, bir iki-boyutlu bir malzemedir. 1,9-16 Düşük enerjili yük taşıyıcıları olan göreli, kütlesiz Dirac fermiyonlar 15 olarak tanımlanmaktadır davranış, geleneksel sistemlerde relativistik olmayan yük taşıyıcıların bu önemli ölçüde farklıdır. grafen üzerine kirliliklerin çeşitli 15-18 Kontrollü birikim tedirginlikler bir dizi bu rölativistik yük taşıyıcıların yanıt deneysel çalışmalar için basit ama çok yönlü bir platform sağlar. Bu tür sistemlerin soruşturmalar grafen kirlilikler, kimyasal potansiyel 6,7 vardiya etkili dielektrik sabiti 8 değiştirebilir ve potansiyel elektronik aracılı süperiletkenlik 9 yol açabilir ortaya koyuyor. Bu çalışmaların çoğu melez impurit özelliklerini ayarlanması için bir araç olarak 6-8 istihdam elektrostatik yolluky-grafen cihaz. Elektrostatik yolluk histerezis olmayan Fermi seviyesine göre bir materyalin elektronik yapı kayabilir. 2-5 Ayrıca, bu tür yabancı maddelerin şarj 2 veya moleküler 5 durumları ayarlanması sureti ile elektrostatik yolluk tersine çevrilebilir bir melez yabancı madde-grafin özelliklerini değiştirebilir cihazı. Arka yolluk bir grafen cihazı taramalı tünelleme mikroskobu (STM) tarafından soruşturma için ideal bir sistem sağlar. Bir taramalı tünelleme mikroskobu iletken yüzeyden birkaç angström uzakta tutulan bir keskin metal ucu oluşur. Bu ikisi arasındaki ucu ve yüzey elektronlar tünel arasında bir sapma uygulayarak. En yaygın modunda, sabit akım modu, tek raster-taramaya ileri ve geri ucu ile numune yüzeyinin topografyası yapabilirsiniz. Buna ek olarak, numunenin yerel elektronik yapısı, yerel de orantılı bir diferansiyel iletkenlik dl / dV spektrumunu inceleyerek ele alınabilirdevletlerin nsity (yerel durum yoğunluklarındaki). Bu ölçüm genellikle taramalı tünelleme spektroskopisi (STS) olarak adlandırılır. Ayrı ayrı önyargı ve arka kapı gerilimleri kontrol ederek, kirlilikler için grafen cevabı bu dl / dV spektrumları davranışını analiz ederek ele alınabilir. 2-5 Bu raporda, Coulomb kirlilikler ile dekore edilmiş bir arka kapılı grafen cihazın imalat özetlenmiştir (örneğin, Ca atomu yüklü). Kalsiyum adatoms ve gruplarının grafen, altıgen bor nitrür (h-BN), silisyum dioksit (SiO2), ve dökme silikon (Şekil 1): cihazı (üstten alta) aşağıdaki sırayla elemanlardan oluşur. h-BN grafen için atomik düz ve elektriksel homojen substrat sağlayan bir yalıtım ince filmdir. 19-21 h-BN ve SiO dielektriklerde olarak 2 hareket ve toplu Si arka kapısı olarak hizmet vermektedir. Cihazı imal etmek, grafen ilk bir Electroche yetiştirilenkimyasal buhar biriktirme (CVD) grafen 22-25 için temiz katalitik yüzey olarak hareket eden ışınıyla perdahlı Cu folyo 22,23. CVD büyümede, metan (CH4) ve hidrojen (H2) ön-madde gazlar Cu folyo üzerine grafin kristallerinin etki oluşturmak için piroliz geçer. Bu alanlar ve sonunda bir polikristalin grafin yaprağının oluşturulması, bir araya birleştirmek büyür. 25 elde edilen grafin, hedef alt-tabaka üzerine aktarılır, SiO2 üzerinde h-BN mekanik pul pul dökülme 19-21 hazırlanan bir h-BN / SİO2 yonga (/ Si (100) çip), poli ile (metil metakrilat) (PMMA) transferi. 26-28 PMMA transferi olarak, Cu grafin ilk PMMA bir tabaka ile Spin-kaplanmaktadır. PMMA / grafen / Cu Numune daha sonra bir dağlayıcı çözüm üzerinde yüzen (örneğin, FeCl3 (aq) 28) Cu uzak etches. girmemiş PMMA / grafen numune sonradan h-BN / SiO 2 çipi ile avlanır(örneğin, CH2C! 2) ve Ar, / H2 ortamında 29,30 PMMA tabakayı kaldırmak için bir organik çözücü içinde temizlenir. Elde edilen grafin / h-BN / SiO2 / Si Örnek daha sonra tel bağlanmış bir ultra yüksek vakum altında (UHV) numune plakası üzerine elektrik kontakları ve bir UHV odasında tavlanır. Son olarak, grafen cihazı Coulomb kirlilikler ile yerinde bırakılır (örneğin, Ca atomu yüklü) ve STM tarafından incelenmiştir. 2-5

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Cu foil</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>CAS # 7440-50-8</td>
			<td>99.8% Cu</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Lot # F22X029</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Stock # 13382</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scotch Magic Tape</td>
			<td>Scotch&#174;</td>
			<td>N/A</td>
			<td>for exfoliation of hBN</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMMA</td>
			<td>Micro Chem</td>
			<td>M23004 0500L 1GL</td>
			<td>A4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FeCl3 resistant spoon</td>
			<td>Bel-Art ScienceWare</td>
			<td>367300015</td>
			<td>PTFE coated double ended&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>chemical spoon, 15 cm length</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FeCl3 (aq)</td>
			<td>Ricca Chemical</td>
			<td>3127-16</td>
			<td>40% w/v</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SiO2/Si(100) Chip</td>
			<td>NOVA Electric Materials</td>
			<td>HS39626-OX</td>
			<td>n/a</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>h-BN</td>
			<td>K. Watanabe and</td>
			<td>Contact the group</td>
			<td>hexagonal Japanese BN (JBN)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>T. Taniguchi Group</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Au(111)</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td>N9805B-FG</td>
			<td>Au(111) epitaxially grown on mica</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sapphire</td>
			<td>Precision Ferrites &#38; Ceramic, Inc.</td>
			<td>Contact vendor</td>
			<td>P/N Sapphire Chips</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>0.22 X 0.125 X 0.015&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ca source</td>
			<td>Trace Sciences International Corp.</td>
			<td>AS-3-Ca-5-S</td>
			<td>n/a</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cu(100)</td>
			<td>Princeton Scientific</td>
			<td>Contact vendor</td>
			<td>Cu(100) single crystal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methane</td>
			<td>Praxair, Inc.</td>
			<td>ME 5.0RS-K</td>
			<td>Graphene growth precursor gas</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen</td>
			<td>Praxair, Inc.</td>
			<td>HY 6.0RS-K</td>
			<td>Graphene growth precursor gas</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of gate-tunable graphene devices for scanning tunneling microscopy studies with coulomb impurities

Onun göreli düşük enerjili yük taşıyıcılarının sayesinde, grafen ve çeşitli kirlilikler arasındaki etkileşim, yeni fizik ve elektronik cihazları kontrol etmek serbestlik derecesi bir zenginlik yol açar. Özel olarak, şarj Coulomb pisliklerden potansiyellerine yanıt olarak grafenin yük taşıyıcıların davranışı çok malzeme bu önemli ölçüde farklılık tahmin edilmektedir. Taramalı tünelleme mikroskobu (TTM) ve taramalı tünelleme spektroskopisi (STS) şarjlı bir kirlilik mevcudiyetinde grafenin elektronik yapısı mekansal ve enerji bağımlılığı hem detaylı bilgi sağlayabilir. melez bir kirlilik-grafen cihazın tasarımı, arka kapılı grafen yüzeye kirliliklerin kontrollü birikimi kullanılarak imal, kontrollü ayar grafenin elektronik özellikleri için çeşitli yeni yöntemler sağladı. 1-8 Elektrostatik yolluk grafen şarj taşıyıcı yoğunluğunun kontrolünü sağlar ve yetenek reversi içinbly ayar Ücret 2 ve / veya bir safsızlığın molekül 5 belirtir. Bu yazıda kombine STM / STS çalışmalar için bireysel Coulomb kirliliklerin süslenmiş bir kapı ayarlanabilir grafen cihazı imalatı sürecini özetliyor. 2-5 Bu çalışmalar melez grafen cihazları tasarlamak için değerli altında yatan fizik içgörüler yanı sıra tabelaları sağlar.

Şekil 1, bir arka kapı grafin cihazının bir şemasını göstermektedir. Tel bağ elektriksel bir UHV örnek plaka gerekçesiyle grafen Au / Ti temas ederken bir dış devre arka kapılar cihaz bağlayan bir elektrot tel-yapıştırma Si toplu. Geri-yolluk farklı bir şarj durumuna ayarlanmış olabilir bir cihaz (STM ucu ile kontrol edilir), belirli bir örnek önyargı bir Coulomb kirlilik bir şarj durumunu. 2-4 Şekil 2 kapı ayarlanabili...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Gate-tunable Graphene Devices for Scanning Tunneling Microscopy Studies with Coulomb Impurities at JoVE.com

Fabrication of Gate-tunable Graphene Devices for Scanning Tunneling Microscopy Studies with Coulomb Impurities

This paper details the fabrication process of a gate-tunable graphene device, decorated with Coulomb impurities for scanning tunneling microscopy studies. Mapping the spatially dependent electronic structure of graphene in the presence of charged impurities unveils the unique behavior of its relativistic charge carriers in response to a local Coulomb potential.

Coulomb İmpürite Tarama Tünel Mikroskobu Çalışmaları Kapısı-ayarlanabilir Grafen Cihazlarının İmalatı

Owing to its relativistic low-energy charge carriers, the interaction between graphene and various impurities leads to a wealth of new physics and degrees ...

fabrication-gate-tunable-graphene-devices-for-scanning-tunneling

Research

JoVE Journal

Engineering

15.3K Görüntüleme.  University of California at Berkeley. This paper details the fabrication process of a gate-tunable graphene device, decorated with Coulomb impurities for scanning tunneling microscopy studies. Mapping the spatially dependent electronic structure of graphene in the presence of charged impurities unveils the unique behavior of its relativistic charge carriers in response to a local Coulomb potential.

Video: Fabrication of Gate-tunable Graphene Devices for Scanning Tunneling Microscopy Studies with Coulomb Impurities

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal inks. For the photoactive absorber layer, colloidal CdTe and CdSe nanocrystals (3-5 nm) are synthesized using an inert hot injection technique and cleaned with precipitations to remove excess starting reagents. Similarly, gold nanocrystals (3-5 nm) are synthesized under ambient conditions and dissolved in organic solvents. In addition, precursor solutions for transparent conductive indium tin oxide (ITO) films are prepared from solutions of indium and tin salts paired with a reactive oxidizer. Layer-by-layer, these solutions are deposited onto a glass substrate following annealing (200-400 &#176;C) to build the nanocrystal solar cell (glass/ITO/CdSe/CdTe/Au). Pre-annealing ligand exchange is required for CdSe and CdTe nanocrystals where films are dipped in NH4Cl:methanol to replace long-chain native ligands with small inorganic Cl- anions. NH4Cl(s) was found to act as a catalyst for the sintering reaction (as a non-toxic alternative to the conventional CdCl2(s) treatment) leading to grain growth (136&#177;39 nm) during heating. The thickness and roughness of the prepared films are characterized with SEM and optical profilometry. FTIR is used to determine the degree of ligand exchange prior to sintering, and XRD is used to verify the crystallinity and phase of each material. UV/Vis spectra show high visible light transmission through the ITO layer and a red shift in the absorbance of the cadmium chalcogenide nanocrystals after thermal annealing. Current-voltage curves of completed devices are measured under simulated one sun illumination. Small differences in deposition techniques and reagents employed during ligand exchange have been shown to have a profound influence on the device properties. Here, we examine the effects of chemical (sintering and ligand exchange agents) and physical treatments (solution concentration, spray-pressure, annealing time and annealing temperature) on photovoltaic device performance.

This protocol describes the synthesis and solution deposition of inorganic nanocrystals layer by layer to produce thin film electronics on non-conductive surfaces. Solvent-stabilized inks can produce complete photovoltaic devices on glass substrates via spin and spray coating following post-deposition ligand exchange and sintering.

Tam Çözüm İşlenmiş İnorganik nanokristal Fotovoltaik Cihazlarının İmalatı

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

Mühendislik

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each thermoplastic of interest. Solvent bonding is a simple and versatile method that can be used to fabricate devices from a variety of plastics. An appropriate solvent is added between two device layers to be bonded, and heat and pressure are applied to the device to facilitate the bonding. By using an appropriate combination of solvent, plastic, heat, and pressure, the device can be sealed with a high quality bond, characterized as having high bond coverage, bond strength, optical clarity, durability over time, and low deformation or damage to microfeature geometry. We describe the procedure for bonding devices made from two popular thermoplastics, poly(methyl-methacrylate) (PMMA), and cyclo-olefin polymer (COP), as well as a variety of methods to characterize the quality of the resulting bonds, and strategies to troubleshoot low quality bonds. These methods can be used to develop new solvent bonding protocols for other plastic-solvent systems.

Solvent bonding is a simple and versatile method for fabricating thermoplastic microfluidic devices with high quality bonds. We describe a protocol to achieve strong, optically clear bonds in PMMA and COP microfluidic devices that preserve microfeature details, by a judicious combination of pressure, temperature, an appropriate solvent, and device geometry.

PMMA İmalat ve COP mikroakışkan Cihazlar için çözücü Bağlar

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

Işık saçılma Profiler (SLPS) Tabanlı Metodoloji İntraoküler Lenslerden İleri ve Geri Işık Saçılımını Kantitatif Olarak Değerlendirmek İçin Tarama

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

All-electronic Nanosecond-resolved Scanning Tunneling Microscopy: Facilitating the Investigation of Single Dopant Charge Dynamics

The miniaturization of semiconductor devices to scales where small numbers of dopants can control device properties requires the development of new techniques capable of characterizing their dynamics. Investigating single dopants requires sub-nanometer spatial resolution, which motivates the use of scanning tunneling microscopy (STM). However, conventional STM is limited to millisecond temporal resolution. Several methods have been developed to overcome this shortcoming, including all-electronic time-resolved STM, which is used in this study to examine dopant dynamics in silicon with nanosecond resolution. The methods presented here are widely accessible and allow for local measurement of a wide variety of dynamics at the atomic scale. A novel time-resolved scanning tunneling spectroscopy technique is presented and used to efficiently search for dynamics.

We demonstrate an all-electronic method to observe nanosecond-resolved charge dynamics of dopant atoms in silicon with a scanning tunneling microscope.

Tüm elektronik Nanosecond çözüldü tarama tünelleme mikroskobu: tek Dopant şarj Dynamics incelenmesi kolaylaştırılması

The miniaturization of semiconductor devices to scales where small numbers of dopants can control device properties requires the development of new ...

Atmospheric Pressure Fabrication of Large-Sized Single-Layer Rectangular SnSe Flakes

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for applications in two-dimensional nanoelectronics devices. Although many methods to synthesize SnSe nanocrystals have been developed, a simple way to fabricate large-sized single-layer SnSe flakes remains a great challenge. Herein, we show the experimental method to directly grow large-sized single-layer rectangular SnSe flakes on commonly used SiO2/Si insulating substrates using a straightforward two-step fabrication method in an atmospheric pressure quartz tube furnace system. The single-layer rectangular SnSe flakes with an average thickness of ~6.8 &#197; and lateral dimensions of about 30 &#181;m &#215; 50 &#181;m were fabricated by a combination of vapor transport deposition technique and nitrogen etching route. We characterized the morphology, microstructure, and electrical properties of the rectangular SnSe flakes and obtained excellent crystallinity and good electronic properties. This article about the two-step fabrication method can help researchers grow other similar two-dimensional, large-sized, single-layer materials using an atmospheric pressure system.

A protocol is presented demonstrating a two-step fabrication technique to grow large-sized single-layer rectangular shaped SnSe flakes on low-cost SiO2/Si dielectrics wafers in an atmospheric pressure quartz tube furnace system.

Tek katmanlı dikdörtgen SnSe büyük ölçekli pul imalatı atmosfer basıncı

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared on transparent membranes which are very fragile and difficult to manipulate. We present processes for the fabrication of samples with magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for Lorentz transmission electron microscopy and magnetic transmission x-ray microscopy studies. The samples are prepared on silicon nitride membranes and the fabrication consists of a spin coating, UV and electron-beam lithography, the chemical development of the resist, and the evaporation of the magnetic material followed by a lift-off process forming the final magnetic structures. The samples for the Lorentz transmission electron microscopy consist of magnetic nanodiscs prepared in a single lithography step. The samples for the magnetic x-ray transmission microscopy are used for time-resolved magnetization dynamic experiments, and magnetic nanodiscs are placed on a waveguide which is used for the generation of repeatable magnetic field pulses by passing an electric current through the waveguide. The waveguide is created in an extra lithography step.

A protocol for the fabrication of magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for transmission electron microscopy (TEM) and magnetic transmission x-ray microscopy (MTXM) studies is presented.

Silikon nitrür membranlar üzerinde manyetik nanoyapıları imalatı transmisyon mikroskopisi teknikleri kullanarak manyetik girdap etütler

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...

Fabrication of Refractive-index-matched Devices for Biomedical Microfluidics

The use of microfluidic devices has emerged as a defining tool for biomedical applications. When combined with modern microscopy techniques, these devices can be implemented as part of a robust platform capable of making simultaneous complementary measurements. The primary challenge created by the combination of these two techniques is the mismatch in refractive index between the materials traditionally used to make microfluidic devices and the aqueous solutions typically used in biomedicine. This mismatch can create optical artifacts near the channel or device edges. One solution is to reduce the refractive index of the material used to fabricate the device by using a fluorinated polymer such as MY133-V2000 whose refractive index is similar to that of water (n = 1.33). Here, the construction of a microfluidic device made out of MY133-V2000 using soft lithography techniques is demonstrated, using O2 plasma in conjunction with an acrylic holder to increase the adhesion between the MY133-V2000 fabricated device and the polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. The device is then tested by incubating it filled with cell culture media for 24 h to demonstrate the ability of the device to maintain cell culture conditions during the course of a typical imaging experiment. Finally, quantitative phase microscopy (QPM) is used to measure the distribution of mass within the live adherent cells in the microchannel. This way, the increased precision, enabled by fabricating the device from a low index of refraction polymer such as MY133-V2000 in lieu of traditional soft lithography materials such as PDMS, is demonstrated. Overall, this approach for fabricating microfluidic devices can be readily integrated into existing soft lithography workflows in order to reduce optical artifacts and increase measurement precision.

This protocol describes the fabrication of microfluidic devices from MY133-V2000 to eliminate artifacts that often arise in microchannels due to the mismatching refractive indices between microchannel structures and an aqueous solution. This protocol uses an acrylic holder to compress the encapsulated device, improving adhesion both chemically and mechanically.

Biyomedikal Havacilik için refraktif Dizin eşleşen cihazların imalat

The use of microfluidic devices has emerged as a defining tool for biomedical applications. When combined with modern microscopy techniques, these devices ...

Fabrication of Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons via Origami-Like Self-Folding

The assembly of two-dimensional (2D) graphene into three-dimensional (3D) polyhedral structures while preserving the graphene's excellent inherent properties has been of great interest for the development of novel device applications. Here, fabrication of 3D, microscale, hollow polyhedrons (cubes) consisting of a few layers of 2D graphene or graphene oxide sheets via an origami-like self-folding process is described. This method involves the use of polymer frames and hinges, and aluminum oxide/chromium protection layers that reduce tensile, spatial, and surface tension stresses on the graphene-based membranes when the 2D nets are transformed into 3D cubes. The process offers control of the size and shape of the structures as well as parallel production. In addition, this approach allows the creation of surface modifications by metal patterning on each face of the 3D cubes. Raman spectroscopy studies show the method allows the preservation of the intrinsic properties of the graphene-based membranes, demonstrating the robustness of our method.

Fabrication of Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons via Origami-Like Self-Folding

Here, we present a protocol for fabrication of 3D graphene-based polyhedrons via origami-like self-folding.

Üç boyutlu grafen tabanlı Polyhedrons Origami gibi kendi kendine yolu ile katlama imalat

The assembly of two-dimensional (2D) graphene into three-dimensional (3D) polyhedral structures while preserving the graphene's excellent inherent ...

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

The quest to understand correlated electronic systems has pushed the frontiers of experimental measurements toward the development of new experimental techniques and methodologies. Here we use a novel home-built uniaxial-strain device integrated into our variable temperature scanning tunneling microscope that enables us to controllably manipulate in-plane uniaxial strain in samples and probe their electronic response at the atomic scale. Using scanning tunneling microscopy (STM) with spin-polarization techniques, we visualize antiferromagnetic (AFM) domains and their atomic structure in Fe1+yTe samples, the parent compound of iron-based superconductors, and demonstrate how these domains respond to applied uniaxial strain. We observe the bidirectional AFM domains in the unstrained sample, with an average domain size of ~50-150 nm, to transition into a single unidirectional domain under applied uniaxial strain. The findings presented here open a new direction to utilize a valuable tuning parameter in STM, as well as other spectroscopic techniques, both for tuning the electronic properties as for inducing symmetry breaking in quantum material systems.

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

Using uniaxial strain combined with spin-polarized scanning tunneling microscopy, we visualize and manipulate the antiferromagnetic domain structure of Fe1+yTe, the parent compound of iron-based superconductors.

Soy Uniaxial manipülasyon bir Spin polarize tarama mikroskop tünel kullanarak Fe1 +YTe Antiferromagnetic etki alanlarının görüntülenmesi

The quest to understand correlated electronic systems has pushed the frontiers of experimental measurements toward the development of new experimental ...

Fabrication of Nanoheight Channels Incorporating Surface Acoustic Wave Actuation via Lithium Niobate for Acoustic Nanofluidics

Controlled nanoscale manipulation of fluids is known to be exceptionally difficult due to the dominance of surface and viscous forces. Megahertz-order surface acoustic wave (SAW) devices generate tremendous acceleration on their surface, up to 108 m/s2, in turn responsible for many of the observed effects that have come to define acoustofluidics: acoustic streaming and acoustic radiation forces. These effects have been used for particle, cell, and fluid manipulation at the microscale, although more recently SAW has been used to produce similar phenomena at the nanoscale through an entirely different set of mechanisms. Controllable nanoscale fluid manipulation offers a broad range of opportunities in ultrafast fluid pumping and biomacromolecule dynamics useful for physical and biological applications. Here, we demonstrate nanoscale-height channel fabrication via room-temperature lithium niobate (LN) bonding integrated with a SAW device. We describe the entire experimental process including nano-height channel fabrication via dry etching, plasma-activated bonding on lithium niobate, the appropriate optical setup for subsequent imaging, and SAW actuation. We show representative results for fluid capillary filling and fluid draining in a nanoscale channel induced by SAW. This procedure offers a practical protocol for nanoscale channel fabrication and integration with SAW devices useful to build upon for future nanofluidics applications.

We demonstrate fabrication of nanoheight channels with the integration of surface acoustic wave actuation devices upon lithium niobate for acoustic nanofluidics via liftoff photolithography, nano-depth reactive ion etching, and room-temperature plasma surface-activated multilayer bonding of single-crystal lithium niobate, a process similarly useful for bonding lithium niobate to oxides.

Akustik Nanofluidics için Lityum Niyobat ile Yüzey Akustik Dalga Aktüasyon Birleştiren Nanoheight Kanallarıimalatı

Controlled nanoscale manipulation of fluids is known to be exceptionally difficult due to the dominance of surface and viscous forces. Megahertz-order ...