Name: fabricating van der waals heterostructures with precise rotational alignment
Uploaded: 2019-07-05T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabricating van der Waals Heterostructures with Precise Rotational Alignment at JoVE.com

يقر المؤلفون بتمويل من جامعة أوتاوا وNSERC ديسكفري منحة RGPIN-2016-06717 وNSERC SPG QC2DM.

1- أجهزة إجراء النقل
<ol><li>من أجل تصور عملية النقل، استخدم المجهر البصري الذي يمكن أن يعمل تحت إضاءة الحقل الساطع. منذ الأحجام النموذجية للبلورات 2D هي 1-500 ميكرومتر2،تجهيز المجهر مع 5X، 50X، و 100X أهداف مسافة العمل الطويلة. يجب أيضا أن تكون مجهزة المجهر مع الكاميرا التي تتصل جهاز كمبيوتر (ا?...

<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 (2004).</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+atomic+crystals.">Two-dimensional atomic crystals.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (30), 10451 (2005).</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&#39;s+phase+in+graphene.">Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry&#39;s phase in graphene.</a> Nature. 438, 201 (2005).</li><li>Geim, A. K., Van Grigorieva, I. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Van+der+Waals+heterostructures.">Van der Waals heterostructures.</a> Nature. 499, 419 (2013).</li><li>Song, J. C. W., Gabor, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+quantum+metamaterials+in+van+der+Waals+heterostructures.">Electron quantum metamaterials in van der Waals heterostructures.</a> Nature Nanotechnology. 13 (11), 986-993 (2018).</li><li>Jin, 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=Ultrafast+dynamics+in+van+der+Waals+heterostructures.">Ultrafast dynamics in van der Waals heterostructures.</a> Nature Nanotechnology. 13 (11), 994-1003 (2018).</li><li>Rivera, P., 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=Interlayer+valley+excitons+in+heterobilayers+of+transition+metal+dichalcogenides.">Interlayer valley excitons in heterobilayers of transition metal dichalcogenides.</a> Nature Nanotechnology. 13 (11), 1004-1015 (2018).</li><li>Lu, C. -. P., 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,+global,+and+nonlinear+screening+in+twisted+double-layer+graphene.">Local, global, and nonlinear screening in twisted double-layer graphene.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , 201606278 (2016).</li><li>Luican-Mayer, A., Li, G., Andrei, E. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+scale+characterization+of+mismatched+graphene+layers.">Atomic scale characterization of mismatched graphene layers.</a> Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 219, 92-98 (2017).</li><li>Frisenda, 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=Recent+progress+in+the+assembly+of+nanodevices+and+van+der+Waals+heterostructures+by+deterministic+placement+of+2D+materials.">Recent progress in the assembly of nanodevices and van der Waals heterostructures by deterministic placement of 2D materials.</a> Chemical Society Reviews. 47 (1), 53-68 (2018).</li><li>Ribeiro-Palau, 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=Twistable+electronics+with+dynamically+rotatable+heterostructures.">Twistable electronics with dynamically rotatable heterostructures.</a> Science. 361 (6403), 690-693 (2018).</li><li>Kim, 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=van+der+Waals+Heterostructures+with+High+Accuracy+Rotational+Alignment.">van der Waals Heterostructures with High Accuracy Rotational Alignment.</a> Nano Letters. 16 (3), 1989-1995 (2016).</li><li>Cao, 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=Unconventional+superconductivity+in+magic-angle+graphene+superlattices.">Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices.</a> Nature. 556 (7699), 43 (2018).</li><li>Luican, 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=Single-layer+behavior+and+its+breakdown+in+twisted+graphene+layers.">Single-layer behavior and its breakdown in twisted graphene layers.</a> Physical review letters. 106 (12), 126802 (2011).</li><li>Li, G., 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=Observation+of+Van+Hove+singularities+in+twisted+graphene+layers.">Observation of Van Hove singularities in twisted graphene layers.</a> Nature Physics. 6 (2), 109 (2010).</li><li>Castellanos-Gomez, A., van der Zant, H. S. J., Steele, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folded+MoS2+layers+with+reduced+interlayer+coupling.">Folded MoS2 layers with reduced interlayer coupling.</a> Nano Research. 7 (4), 572-578 (2014).</li><li>van der Zande, A. M., 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=Tailoring+the+Electronic+Structure+in+Bilayer+Molybdenum+Disulfide+via+Interlayer+Twist.">Tailoring the Electronic Structure in Bilayer Molybdenum Disulfide via Interlayer Twist.</a> Nano Letters. 14 (7), 3869-3875 (2014).</li><li>Huang, 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=Probing+the+Interlayer+Coupling+of+Twisted+Bilayer+MoS2+Using+Photoluminescence+Spectroscopy.">Probing the Interlayer Coupling of Twisted Bilayer MoS2 Using Photoluminescence Spectroscopy.</a> Nano Letters. 14 (10), 5500-5508 (2014).</li><li>Liu, 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=Evolution+of+interlayer+coupling+in+twisted+molybdenum+disulfide+bilayers.">Evolution of interlayer coupling in twisted molybdenum disulfide bilayers.</a> Nature Communications. 5, 4966 (2014).</li><li>Cao, 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=Correlated+insulator+behaviour+at+half-filling+in+magic-angle+graphene+superlattices.">Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices.</a> Nature. 556, 80 (2018).</li><li>. Tuning superconductivity in twisted bilayer graphene Available from: <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1808.07865">https://arxiv.org/abs/1808.07865</a> (2018)</li><li>Blake, P., 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=Making+graphene+visible.">Making graphene visible.</a> Applied Physics Letters. 91 (6), 063124 (2007).</li><li>Lin, Y. -. 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=Single-Layer+ReS2:+Two-Dimensional+Semiconductor+with+Tunable+In-Plane+Anisotropy.">Single-Layer ReS2: Two-Dimensional Semiconductor with Tunable In-Plane Anisotropy.</a> ACS Nano. 9 (11), 11249-11257 (2015).</li><li>Chenet, D. 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=In-Plane+Anisotropy+in+Mono-+and+Few-Layer+ReS2+Probed+by+Raman+Spectroscopy+and+Scanning+Transmission+Electron+Microscopy.">In-Plane Anisotropy in Mono- and Few-Layer ReS2 Probed by Raman Spectroscopy and Scanning Transmission Electron Microscopy.</a> Nano Letters. 15 (9), 5667-5672 (2015).</li><li>Masubuchi, 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=Autonomous+robotic+searching+and+assembly+of+two-dimensional+crystals+to+build+van+der+Waals+superlattices.">Autonomous robotic searching and assembly of two-dimensional crystals to build van der Waals superlattices.</a> Nature Communications. 9 (1), 1413 (2018).</li><li>Ling, X., Wang, H., Huang, S., Xia, F., 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=The+renaissance+of+black+phosphorus.">The renaissance of black phosphorus.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (15), 4523-4530 (2015).</li><li>Huang, 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=Layer-dependent+ferromagnetism+in+a+van+der+Waals+crystal+down+to+the+monolayer+limit.">Layer-dependent ferromagnetism in a van der Waals crystal down to the monolayer limit.</a> Nature. 546, 270 (2017).</li><li>Kim, H. H., 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=One+Million+Percent+Tunnel+Magnetoresistance+in+a+Magnetic+van+der+Waals+Heterostructure.">One Million Percent Tunnel Magnetoresistance in a Magnetic van der Waals Heterostructure.</a> Nano Letters. 18 (8), 4885-4890 (2018).</li></ol>

يوفر إعداد النقل المنزلي المعروض هنا طريقة لبناء مواد ذات طبقات جديدة مع التحكم الجانبي والتناوبي على حد سواء. بالمقارنة مع الحلول الأخرى الموصوفة في الأدب10،25، نظامنا لا يتطلب البنية التحتية المعقدة ، لكنه يحقق هدف المحاذاة التي تسيطر عليها من بلورات 2D.
...

بدأت البحوث في المجال المزدهر للمواد ثنائية الأبعاد (2D) بعد أن طور الباحثون تقنية مكنت من عزل الجرافين1و2و3 (ورقة مسطحة من ذرات الكربون) من الجرافيت. الجرافين هو عضو في فئة أكبر من المواد ذات الطبقات 2D، ويشار إليها أيضا باسم فان دير Waals المواد أو بلورات. لديهم قوية الترابط داخل الطبقات المشتركة وضعف فان دير والس اقتران بين الطبقات. ولذلك، فإن تقنية عزل الجرافين من الجرافيت يمكن أيضا أن تطبق على مواد أخرى 2D حيث يمكن للمرء كسر الروابط بين الطبقات ضعيفة وعزل طبقات واحدة. وكان أحد التطورات الرئيسية في هذا المجال هو مظاهرة أنه تماما كما يمكن كسر سندات فان دير والس عقد طبقات متجاورة من المواد ثنائية الأبعاد معا، ويمكن أيضا أن توضع معا مرة أخرى2،4. لذلك، يمكن إنشاء بلورات من المواد 2D عن طريق التراص بشكل يمكن السيطرة عليها معا طبقات من المواد 2D مع خصائص متميزة. وقد أثار ذلك قدرا كبيرا من الاهتمام، حيث يمكن إنشاء مواد لم تكن موجودة في السابق في الطبيعة بهدف إما الكشف عن الظواهر المادية التي لم يكن من الممكن الوصول إليها من قبل4و5و6و7 ،8،9 أو تطوير أجهزة متفوقة لتطبيقات التكنولوجيا. لذلك، أصبح وجود سيطرة دقيقة على التراص المواد 2D واحدة من الأهداف الرئيسية في مجال البحوث10،11،12.
وعلى وجه الخصوص، تبين أن زاوية الالتواء بين الطبقات المجاورة في هياكل فان دير والس غير المتجانسة هي معلمة هامة للتحكم في خصائص المواد13. على سبيل المثال، في بعض الزوايا، يمكن إدخال تطور نسبي بين الطبقات المجاورة فك بين الطبقتين إلكترونيًا بشكل فعال. وقد درس هذا على حد سواء في الجرافين14،15 وكذلك في انتقال dichalcogenides المعادن16،17،18،19. وفي الآونة الأخيرة، تبين من المستغرب أنه يمكن أيضا تغيير حالة هذه المواد. وقد أثار اكتشاف أن الجرافين ثنائي الطبقة الموجهة في "زاوية سحرية" كعازل موت في درجات حرارة منخفضة وحتى موصل فائق عندما يتم ضبط كثافة الإلكترون بشكل صحيح اهتماما كبيرا وإدراك أهمية السيطرة الزاوي عند تلفيق الطبقات فان دير Waals الهياكل heterostructures13،20،21.
بدافع من الفرص العلمية التي فتحتها فكرة ضبط خصائص مواد رواية فان دير والس من خلال ضبط التوجه النسبي بين الطبقات، نقدم أداة منزلية جنبا إلى جنب مع إجراء إنشاء مثل هذه الهياكل مع التحكم الزاوي.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>5X objective lens</td>
			<td>Nikon Metrology</td>
			<td>MUE12050</td>
			<td>23.5 mm working distance and 0.15 numerical aperture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50X objective lens</td>
			<td>Nikon Metrology</td>
			<td>MUE21500</td>
			<td>19 mm working distance and 0.4 numerical aperture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100X objective lens</td>
			<td>Nikon Metrology</td>
			<td>MUE21900</td>
			<td>4.5 mm working distance and 0.8 numerical aperture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>270725</td>
			<td>Purity &#8805;99.90%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adhesive tape</td>
			<td>Ultron Systems, Inc.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anisole</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atomic force microscope</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>Dimension Icon</td>
			<td>We typicall use the ScanAsyst mode</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bottom stage rotation manipulator</td>
			<td>Zaber Technologies</td>
			<td>X-RSW60A-PTB2</td>
			<td>360&#176; travel with step size of 4.091 &#956;rad</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bottom stage X manipulator</td>
			<td>Zaber Technologies</td>
			<td>X-LSM025A-PTB2</td>
			<td>25 mm travel with step size of 47.625 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bottom stage Y manipulator</td>
			<td>Zaber Technologies</td>
			<td>X-LSM025A-PTB2</td>
			<td>25 mm travel with step size of 47.625 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bottom stage Z manipulator</td>
			<td>Zaber Technologies</td>
			<td>X-VSR40A-KX14A</td>
			<td>40 mm travel with step size of 95.25 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>563935</td>
			<td>Purity 99.999%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabVIEW software</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Macor</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8489K238</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope camera</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>426555-0000-000</td>
			<td>5 megapixel, 47 fps live frame rate, exposure time of 100 &#956;s - 2 s, color camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Molybdenum disulfide (MoS2)</td>
			<td>HQ Graphene</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical breadboard</td>
			<td>Thorlabs, Inc.</td>
			<td>MB4545/M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical microscope</td>
			<td>Nikon Metrology</td>
			<td>LV150N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen plasma etcher</td>
			<td>Plasma Etch, Inc.</td>
			<td>PE-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PDMS stamp</td>
			<td>Gel-Pak</td>
			<td>PF-20-X4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMMA 950 A6</td>
			<td>MichroChem Corp.</td>
			<td>M230006 0500L1GL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene carbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>389021-100g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVA Partall #10</td>
			<td>Composites Canada</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhenium disulfide (ReS2)</td>
			<td>HQ Graphene</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Si/SiO2 substrate</td>
			<td>Nova Electronics Materials</td>
			<td>HS39626-OX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin coater</td>
			<td>Laurell Technologies</td>
			<td>WS-650-23</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature controller</td>
			<td>Auber Instruments</td>
			<td>SYL-23X2-24</td>
			<td>Controls the temperature of the bottom stage via a J type thermocouple</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Top stage controller unit</td>
			<td>Mechonics</td>
			<td>CF.030.0003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Top stage X manipulator</td>
			<td>Mechonics</td>
			<td>MS.030.1800</td>
			<td>18 mm travel with step size of 11 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Top stage Y manipulator</td>
			<td>Mechonics</td>
			<td>MS.030.1800</td>
			<td>18 mm travel with step size of 11 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Top stage Z manipulator</td>
			<td>Mechonics</td>
			<td>MS.030.3000</td>
			<td>30 mm travel with step size of 11 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic bath</td>
			<td>Elma Schmidbauer GmbH</td>
			<td>Elmasonic P 30 H</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabricating van der waals heterostructures with precise rotational alignment

في هذا العمل نقوم بوصف تقنية لخلق بلورات جديدة (فان دير والس الهياكل الغيرية) عن طريق التراص متميزة فائقة النحافة الطبقات 2D المواد. نحن لا نظهر السيطرة الجانبية فقط ولكن، الأهم من ذلك، أيضا السيطرة على محاذاة الزاوي من الطبقات المجاورة. يتم تمثيل جوهر هذه التقنية من قبل إعداد نقل المنزل الذي يسمح للمستخدم للسيطرة على موقف بلورات الفردية المشاركة في النقل. ويتحقق ذلك بدقة دون ميكرومتر (ترجمة) ودرجة فرعية (زاوي). قبل التراص معا، يتم التلاعب بلورات معزولة بشكل فردي من قبل مراحل متحركة مصممة خصيصا التي يتم التحكم فيها من قبل واجهة البرامج المبرمجة. وعلاوة على ذلك، وبما أن إعداد النقل بأكمله يتم التحكم فيه من قبل الكمبيوتر، يمكن للمستخدم عن بعد إنشاء هياكل غير متجانسة دقيقة دون الدخول في اتصال مباشر مع إعداد النقل، ووضع علامة على هذه التقنية بأنها "خالية من اليدين". بالإضافة إلى تقديم مجموعة نقل، ونحن أيضا وصف اثنين من التقنيات لإعداد بلورات التي يتم مكدسة في وقت لاحق.

لتوضيح نتائج وفعالية الإجراء لدينا نقدم سلسلة من أكوام الزاوية التي تسيطر عليها منثنائي كبريتيد الرينيوم (ReS 2) بلورات رقيقة. وللتأكيد على أن الطريقة الموصوفة يمكن تطبيقها أيضا على طبقات رقيقة من الناحية الذرية، فإننا نمثلأيضا على بناء طبقتين أحاديتين ملتويت...

Watch this Scientific Journal Video about Fabricating van der Waals Heterostructures with Precise Rotational Alignment at JoVE.com

Fabricating van der Waals Heterostructures with Precise Rotational Alignment

في هذا العمل نقوم بوصف تقنية تستخدم لخلق بلورات جديدة (فان دير والس الهياكل الغيرية) عن طريق التراص المواد الطبقات رقيقة جدا 2D مع السيطرة الدقيقة على الموقف والتوجه النسبي.

تصنيع هياكل فان دير والس هيتيرو مع محاذاة دورانية دقيقة

In this work we describe a technique for creating new crystals (van der Waals heterostructures) by stacking distinct ultrathin layered 2D materials. We ...

ويسمح هذا البروتوكول بإنشاء مواد كانت غير موجودة من قبل في طبيعتها، بهدف الكشف عن الظواهر الفيزيائية التي كان يتعذر الوصول إليها من قبل أو تطوير أجهزة متفوقة للتطبيقات التكنولوجية. والميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن تشغيل المعدات عن بعد وفي التحكم في البيئة ، وهذا يمكن أن يقلل من خطر الخطأ اليدوي وكذلك أنه يمكن تحسين نظافة العينة. وعلاوة على ذلك، تم تجهيز النظام مع مرحلة التناوب، وهذا يسمح للمستخدم للوصول إلى محاذاة الزاوي دون درجة بين ورقتي.كما نعمل مع بلورات رقيقة ومساحات سطحية صغيرة، وتحديد تقشر الحجم المناسب يمكن أن يكون تحديا للعين غير المدربة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي حجم البلورة الصغير بسهولة إلى عدم المحاذاة أثناء إجراء النقل. ولذلك فمن المستحسن لتنفيذ هذه الخطوات بدقة.العديد من الخطوات في البروتوكول لها تفاصيل خاصة يصعب شرحها ولكنها أبسط بكثير لمتابعة عندما يتم عرضها بصريًا. من أجل تصور عملية النقل ، واستخدام المجهر البصرية التي يمكن أن تعمل تحت الإضاءة في مجال مشرق. تجهيز المجهر مع 5x، 50x و 100x طويلة-- العمل- أهداف المسافات.يجب أيضا أن تكون مجهزة المجهر مع الكاميرا التي تتصل جهاز كمبيوتر. تجهيز اثنين من المتلاعبين منفصلة، هو مبين هنا، للسيطرة بشكل فردي على موقف من بلورات. تصنيع أصحاب العينة المخصصة التي يمكن أن تدعم شريحة زجاجية.سيتم استخدام حامل العينة هذا لوضع الكريستال العلوي. بالنسبة للمتلاعبين السفليين، ضع عنصر تدفئة مسطح في حامل خزفي زجاجي من صنع آلة وألصقه على مرحلة الدورية. ثم، قم بتوصيل عنصر التدفئة إلى مصدر طاقة وتحكم في درجة الحرارة.غمر مربع واحد تلو الآخر سنتيمتر واحد من رقاقة أكسيد السيليكون السيليكون في كوفر مليئة الأسيتون ومن ثم وضع beaker في نظافة الموجات فوق الصوتية. بعد 10 دقائق، استخدمي ملاقط لإزالة الرقاقة من البيكر وشطفها بـ الأيزوبروبانول، ثم جففي الرقاقة باستخدام مسدس النيتروجين. بعد ذلك، قم بإزالة جزء من الكريستال بعناية وضعه على قطعة من شريط لاصق من فئة أشباه الموصلات.خذ قطعة ثانية من شريط لاصق واضغط عليه بقوة ضد الشريط الأولي الذي يحمل البلورة. قشر بعيدا قطعتين من الشريط، وتكرار عدة مرات، لإنتاج العديد من القطع رقيقة من الكريستال. اضغط على الشريط اللاصق مع بلورات رقيقة 2D على الركيزة تنظيفها حديثا، بحيث الكريستال هو على اتصال مباشر مع الركيزة وقشر بعيدا الشريط لترك رقائق مقشر على الركيزة.لإزالة أي لاصقة المتبقية، ضع العينة الناتجة في منقار مملوءة الأسيتون. بعد 10 دقائق، وإزالة العينة، وشطف مع الايزوبروبانول وجافة مع بندقية النيتروجين. فحص رقائق مقشر باستخدام المجهر البصري لتقدير سمكها من خلال تقييم التباين البصري تقشر مع الركيزة.ثم، استخدم AFM في وضع التنصت على قياس أفضل للمورفولوجيا السطحية وقياس سمك التقشر. إعداد الركيزة العليا لإجراء نقل عن طريق تقشير الكريستال على شريحة زجاجية مع فيلم البولي ميثيل methacrylate المرفقة. بعد الحصول على الركيزة نظيفة كما هو مبين سابقا، وضع الركيزة على معطف تدور وتغطية ذلك مع الكحول بولي فينيل.تدور الركيزة في 3، 000 دورة في الدقيقة لمدة دقيقة واحدة لإنتاج طبقة ما يقرب من 450 نانومتر سميكة. ثم، ضع الركيزة مباشرة على لوحة ساخنة وخبزها في 75 درجة مئوية لمدة خمس دقائق. مرة واحدة باردة، ووضع الركيزة مرة أخرى على معطف تدور وتغطية ذلك مع بولي ميثيلميتهاكريلات.تدور معطف طبقة 820 نانومتر سميكة من PMMA على الركيزة في 1، 500 دورة في الدقيقة لمدة دقيقة واحدة. بعد طلاء تدور، وضع الركيزة مرة أخرى على لوحة ساخنة وخبز كشفه في 75 درجة مئوية. بعد خمس دقائق، إزالة الركيزة من لوحة ساخنة ومكان قطعة من شريط لاصق على طول حوافه لإنشاء إطار الشريط.ثم، تقشر ميكانيكيا الكريستال 2D على سطح PMMA كما هو مبين في القسم السابق. استخدم زوجًا حادًا من الملاقط لفصل PMMA عن PVA ، مع تقشير إطار الشريط ببطء. طبقة PMMA والكريستال المقشر، جنبا إلى جنب مع إطار الشريط، سوف تنفصل عن PVA في الركيزة السيليكون أكسيد رقاقة السيليكون.بعد ذلك، عكس إطار الشريط وضعه على دعم تشكيلي بحيث تواجه البلورة لأسفل. ضع العينة تحت المجهر البصري واستخدم زوجًا من الملاقط الحادة لوضع غسالة صغيرة على وجه التحديد على فيلم PMMA بحيث يحيط بالقشرة المطلوبة. ثم، خفض شريحة زجاجية والتمسك بها إلى البوليمر عن طريق الضغط عليه ضد الشريط المكشوف.ضع الركيزة المعدة على الجزء السفلي من إعداد النقل. على هذه الركيزة، وتحديد موقف تقشر المطلوب. هذه البلورة ستصبح هي البلورة السفليةثم ضع الركيزة العليا في حامل الركيزة العليا لإعداد النقل. باستخدام هدف التكبير منخفضة، وجلب الركيزة أسفل في التركيز ومركز تقشر المطلوب. خفض ببطء الركيزة العليا حتى يمكن أن ينظر إليها من قبل الهدف.ثم، ضبط موقفها الجانبي والمحاذاة التناوبية من ورقائق اثنين. عندما تكون الرقائق قريبة من المواءمة كما هو مطلوب، انتقل إلى هدف 50x والاستمرار في خفض الركيزة العليا، مع ضبط محاذاة تقشر. ثم، بمجرد الانحياز، قم بخفض الركيزة العليا حتى يتصل الجزء العلوي تمامًا بقشرة الأسفل.جهة الاتصال هو ملحوظ بسبب تغيير مفاجئ في اللون. عندما يتم الاتصال، تسخين الركيزة القاع إلى 75 درجة مئوية للتصاق أفضل من PMMA إلى الركيزة السفلية. سوف يفصل PMMA من الشريحة الزجاجية.ثم، تنظيف الركيزة السفلية لإزالة الفيلم PMMA. لاستخدام طريقة ختم نقل تقشر، المكان الأول الركيزة على المرحلة السفلية من إعداد النقل. على هذه الركيزة، وتحديد موقف تقشر المطلوب، والتي ستكون الكريستال القاع.بعد ذلك، ضع الركيزة العليا في حامل الإعداد نقل وسخّن الركيزة السفلية إلى 100 درجة مئوية. ثم، محاذاة وجلب الكريستال الأعلى في اتصال مع تقشر أسفل. مرة واحدة يتم إجراء اتصال كامل بين ورقتي، ورفع ببطء الركيزة العليا.وهذا يؤدي إلى إنزال من تقشر أعلى من ختم إلى الركيزة السفلية. بلورات من كبريتيد الرخيوم هي مثالية للتدليل على المحاذاة الزاوي، لأنه مقسف ميكانيكيا كأشرطة ممدود مع حواف محددة جيدا. هنا، تم وضع أعلى تقشر في زاوية 75 درجة إلى الكريستال السفلي باستخدام طريقة ختم PDMS هو مبين في هذا الفيديو.تم استخدام المجهر القوة الذرية لقياس بدقة زاوية تطور بين رقائق أعلى وأسفل. باستخدام الإجراء PMMA PVA، تم استخدام الإعداد نقل بنجاح لإنشاء هيكل يتكون من اثنين من رقائق أحادية الطبقات من ثنائي الفينيل متعدد الكبريتيد الموليبدينوم. وتظهر monolayers الفردية هنا مقشرة على PMMA والسيليكون السيليكون- ثاني أكسيد.يؤدي الإجراء المُثبت إلى الهيكل الموضح هنا من خلال المجهر البصري. مزيد من التفاصيل، مثل سمك والموقف النسبي للوام مكدسة يمكن تأكيد باستخدام AFM. أهم أجزاء هذا الإجراء هي المحاذاة الجانبية والتناوبية من رقائق.توجد طرق نقل أخرى وتتبع بروتوكولًا مماثلًا ، ويمكن استخدام بوليمرات مختلفة وبلورات ثنائية الأبعاد لتلفيق هياكل معينة. وبطبيعة الحال، يمكن استخدام طرق تنظيف إضافية لضمان الأسطح الكريستال البكر واجهات. عند استخدام المواد الكيميائية مثل PMMA، الأسيتون وغيرها، تأكد من ارتداء معدات الحماية الشخصية المناسبة وتنفيذ الخطوات في بيئة جيدة التهوية، مثل غطاء الدخان.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Physics

Mechanical Engineering

Unit 1

Planar Kinematics of a Rigid Body

Dynamics of Rotational Motions

SCIENTISTS IN ACTION

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

افتعال يتعلق بما وارء باستخدام أسلوب الرسم الألياف

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

توصيف النانوية الحجم التوزيع باستخدام مطيافية رامان مع متعددة الجسيمات الطاقة الصوتية الحبس نموذج

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

النمو والخصائص الكيميائية الكتروستاتي للمعدن/ﻻلو3/SrTiO3 هيتيروستروكتوريس

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide ...

A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy

تلفيق وطريقة قياس عنصر Ferroelectric مرنة تستند إلى هيتيرويبيتاكسي فإن دير فالس

Flexible non-volatile memories have received much attention as they are applicable for portable smart electronic device in the future, relying on ...

Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers

اختﻻق السطوح المتفاعلة مع مثل الفرشاة وأفلام كروسلينكيد فونكتيوناليزيد أزلاكتوني كتلة المشارك البوليمرات

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl ...

One-Step Approach to Fabricating Polydimethylsiloxane Microfluidic Channels of Different Geometric Sections by Sequential Wet Etching Processes

النهج خطوة واحدة إلى اختﻻق بولي دايمثيل سيلوكسان موائع جزيئية القنوات الأقسام الهندسية المختلفة بعمليات الحفر الرطب متسلسلة

Polydimethylsiloxane (PDMS) materials are substantially exploited to fabricate microfluidic devices by using soft lithography replica molding techniques. ...

Preparing an Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 229mTh

Preparing an Isotopically Pure 229Th Ion Beam for Studies of 229mTh

إعداد شعاع ايون نقي 229للدراسات من 229mال

A methodology is described to generate an isotopically pure 229Th ion beam in the 2+ and 3+ charge states. This ion beam enables one to investigate the ...

Graphene-Assisted Quasi-van der Waals Epitaxy of AlN Film on Nano-Patterned Sapphire Substrate for Ultraviolet Light Emitting Diodes

الجرافين بمساعدة شبه فان دير والز Epitaxy من فيلم ALN على الركيزة الياقوتية نانو منقوشة لضوديات الأشعة فوق البنفسجية الباعثة للضوء

This protocol demonstrates a method for graphene-assisted quick growth and coalescence of AlN on nano-pattened sapphire substrate (NPSS). Graphene layers ...

Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet

معالجة الأسطح ببلازما الضغط الجوي الباردة باستخدام COST-Jet

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in ...