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

Forfatterne anerkender finansiering fra University of Ottawa og NSERC Discovery Grant RGPIN-2016-06717 og NSERC SPG QC2DM.

1. instrumentering til overførselsproceduren
<ol><li>For at visualisere overførselsprocessen, udnytte en optisk mikroskop, der kan operere under lys-felt belysning. Da de typiske størrelser af 2D krystaller er 1 – 500 μm2, udstyre mikroskopet med 5x, 50x, og 100x lange arbejdsdistance mål. Mikroskop skal også være udstyret med et kamera, der tilsluttes en computer (figur 1a).</li>
	<li>Brug separate manipulatorer til individuelt at styrepositionen af de to krystaller, d...

<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>

Den hjemmebyggede overførsels opsætning, der præsenteres her, tilbyder en metode til opbygning af nye lagdelte materialer med både lateral og rotations kontrol. Sammenlignet med andre løsninger, der er beskrevet i litteraturen10,25, kræver vores system ikke kompleks infrastruktur, men det opnår målet om kontrolleret tilpasning af 2D-krystaller.
Det mest kritiske trin i proceduren er at justere og placere den øverste krystal i ...

Forskning i spirende felt af to-dimensionelle (2D) materialer begyndte efterforskerne udviklet en teknik, der gjorde det muligt isolering af Graphene1,2,3 (en atomisk flad plade af kulstofatomer) fra Grafit. Graphene er medlem af en større klasse af lagdelte 2D-materialer, også kaldet van der Waals materialer eller krystaller. De har stærke kovalente intralayer bonding og svage van der Waals mellemlægget kobling. Derfor kan teknikken til isolering af Graphene fra grafit også anvendes på andre 2D-materialer, hvor man kan bryde de svage mellemlag obligationer og isolere enkelte lag. En vigtig udvikling på området var demonstrationen, at ligesom van der Waals obligationer, der holder tilstødende lag af to-dimensionelle materialer sammen kan brydes, kan de også sættes sammen igen2,4. Derfor kan krystaller af 2D-materialer skabes ved kontrollabel stabling sammen lag af 2D-materialer med forskellige egenskaber. Dette ansporet en stor interesse, som materialer, der tidligere eksisterede i naturen kan skabes med det mål at enten afdække tidligere utilgængelige fysiske fænomener4,5,6,7 ,8,9 eller udvikling af overlegne enheder til teknologi applikationer. Derfor, at have præcis kontrol over stabling 2D materialer er blevet en af de vigtigste mål i forskningen felt10,11,12.
Især har twist vinklen mellem tilstødende lag i Van der Waals heterostrukturer vist sig at være en vigtig parameter til kontrol af materialeegenskaber13. For eksempel kan indførelsen af et relativt twist mellem tilstødende lag i nogle vinkler effektivt elektronisk afkoble de to lag. Dette blev undersøgt både i Graphene14,15 og i Transition metal dichalcogenides16,17,18,19. For nylig blev det overraskende konstateret, at det også kan ændre tilstanden af spørgsmålet om disse materialer. Opdagelsen af, at tolags Graphene orienteret på en "magisk vinkel" opfører sig som en Mott isolator ved lave temperaturer og endda en superleder, når elektron tætheden er korrekt tunet har udløst stor interesse og en erkendelse af betydningen af den kantede kontrol Når opdigte lagdelte van der Waals heterostrukturer13,20,21.
Motiveret af de videnskabelige muligheder, der åbnes af ideen om tuning egenskaberne af roman van der Waals materialer ved at justere den relative orientering mellem lagene, præsenterer vi et hjem bygget instrument sammen med proceduren for at skabe sådanne strukturer med vinkelkontrol.

<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

I dette arbejde beskriver vi en teknik til at skabe nye krystaller (Van der Waals heterostrukturer) ved at stable særskilte ultratynde lagdelte 2D-materialer. Vi demonstrere ikke kun lateral kontrol, men, vigtigere, også kontrol over den kantede justering af tilstødende lag. Kernen i teknikken er repræsenteret ved en hjemme-bygget overførsel setup, som gør det muligt for brugeren at kontrollere placeringen af de enkelte krystaller involveret i overførslen. Dette opnås med sub-micrometer (translational) og sub-Degree (kantede) præcision. Før stabling dem sammen, de isolerede krystaller er individuelt manipuleret af specialdesignede bevægelige stadier, der styres af en programmeret software interface. Desuden, da hele overførslen setup er computer kontrolleret, kan brugeren eksternt oprette præcise heterostrukturer uden at komme i direkte kontakt med overførslen setup, mærkning denne teknik som "håndfri". Ud over at præsentere overførselssættet beskriver vi også to teknikker til klargøring af de krystaller, der efterfølgende stables.

For at illustrere resultaterne og effektiviteten af vores procedure præsenterer vi en sekvens af vinkel-kontrollerede stakke af rhenium disulfid (ReS2) tynde krystaller. At understrege, at den beskrevne metode også kan anvendes på atomisk tynde lag, vi også eksemplificere opførelsen af to relativt snoede monolag af molybdæn disulfid (Mos2).
For at demonstrere vinkel justeringsmulighederne i overførse...

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

I dette arbejde beskriver vi en teknik, der bruges til at skabe nye krystaller (Van der Waals heterostrukturer) ved at stable ultratynde lagdelte 2D-materialer med præcis kontrol over position og relativ orientering.

Fabrikkende van der Waals Heterostrukturer med præcis rotations justering

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

Denne protokol giver mulighed for at skabe materialer, der tidligere var ikke-eksisterende, med det formål at afdække tidligere utilgængelige fysiske fænomener eller udvikle overlegne enheder til teknologiske anvendelser. Den største fordel ved denne teknik er, at udstyret kan betjenes eksternt og i en miljøkontrol, og dette kan reducere risikoen for manuelle fejl, og det kan også forbedre prøven renlighed. Desuden er systemet udstyret med en rotationsfase, og dette giver brugeren mulighed for at opnå en vinkeljustering af undergraden mellem de to flager.Da vi arbejder med tynde krystaller og små overfladearealer, kan identifikation af en passende størrelse flage være udfordrende for det utrænede øje. Derudover kan krystallens lille størrelse nemt føre til forskydning under overførselsproceduren. Derfor anbefales det at udføre disse trin omhyggeligt.Mange trin i protokollen har særlige detaljer, der er svære at forklare, men de er meget enklere at følge, når de præsenteres visuelt. For at visualisere overførselsprocessen, udnytte et optisk mikroskop, der kan fungere under lyse-felt belysning. Udstyr mikroskopet med 5x, 50x og 100x langdistancemål.Mikroskopet skal også være udstyret med et kamera, der tilsluttes en computer. Udstyre to separate manipulatorer, vist her, til individuelt at kontrollere placeringen af krystaller. Fremstille brugerdefinerede prøveholdere, der kan understøtte et glas dias.Denne prøveholder vil blive brugt til at placere den øverste krystal. For bunden manipulatorer, placere et fladt varmeelement i en bearbejdende glas keramiske holder og anbringe den på den roterende fase. Tilslut derefter varmeelementet til en strømforsyning og en temperaturregulator.Nedsænk en en-til-en-centimeter kvadrat fra en silicium silicium-oxid wafer i et bægerglas fyldt med acetone og derefter placere bægerglas i en ultralyd renere. Efter 10 minutter, bruge et par pincet til at fjerne wafer fra bægeret og skyl det med isopropanol, derefter tørre wafer ved hjælp af en nitrogen pistol. Dernæst forsigtigt fjerne en del af krystal og læg den på et stykke halvleder-grade tape.Tag et andet stykke tape og fast tryk den mod den første tape holder krystal. Skræl væk de to stykker tape, gentage flere gange, at producere mange tynde stykker krystal. Tryk tape med de tynde 2D krystaller på et friskrenset substrat, således at krystallen er i direkte kontakt med substratet og skræl båndet væk for at efterlade eksfolierede flager på underlaget.For at fjerne eventuelle resterende klæbemiddel, placere den resulterende prøve i et bæger fyldt med acetone. Efter 10 minutter fjernes prøven, skylles med isopropanol og tørres af med en nitrogenpistol. De eksfolierede flager undersøges ved hjælp af et optisk mikroskop for at vurdere deres tykkelse ved at vurdere flagens optiske kontrast til underlaget.Brug derefter AFM i tapningstilstand for bedre at kvantificere overflademorfologien og til at måle flageftykkelsen. Forbered det øverste substrat til overførselsproceduren ved at eksfoliere krystallen på et glasskreds med en vedhæftet polymethylmethacrylatfilm. Efter at have fået et rent substrat som tidligere vist, skal substratet på en spincoater og dække det med polyvinylalkohol.Spin substratet ved 3.000 omdr./min. i et minut for at producere et lag, der er ca. 450 nanometer tykt. Derefter placere substrat direkte på en varmeplade og bage det afdækket ved 75 grader Celsius i fem minutter. Når det er køligt, skal substratet sættes tilbage på spincoateren og dækkes med polymethylmethacrylat.Spin pels en 820-nanometer-tykt lag af PMMA på substratet ved 1, 500 RPM i et minut. Efter spin belægning, placere substrat tilbage på varmepladen og bage det udækket ved 75 grader Celsius. Efter fem minutter skal du fjerne underlaget fra kogepladen og placere stykker af tape langs kanterne for at skabe en taperamme.Derefter mekanisk eksfoliere en 2D krystal på PMMA overfladen som vist i det foregående afsnit. Brug en skarp pincet til at adskille PMMA fra PVA, langsomt peeling tilbage tape rammen. PMMA lag og eksfolieret krystal, sammen med tape ramme, vil løsrive sig fra PVA i silicium silicium-oxid-wafer substrat.Derefter inverteres båndrammen, og den sættes på en bearbejdende støtte, så krystallen vender nedad. Anvend prøven under et optisk mikroskop, og brug et par skarpe pincet til at placere en lille skive præcist på PMMA-filmen, så den omgiver den ønskede flage. Sænk derefter et glasdias og hold den fast på polymeren ved at trykke den mod det eksponerede bånd.Placer det forberedte underlag på den nederste fase af overførselsopsætningen. På dette underlag skal du identificere placeringen af den ønskede flage. Denne flage bliver den nederste krystal.Placer derefter det øverste underlag i den øverste underlagsholder i overførselsopsætningen. Ved hjælp af en lav forstørrelse mål, bringe bunden substrat i fokus og centrere den ønskede flage. Sænk langsomt det øverste substrat, indtil det kan ses af målet.Juster derefter dens laterale position og rotationsjusteringen af de to flager. Når flagerne er tæt på at blive justeret som ønsket, skifte til en 50x mål og fortsætte med at sænke den øverste substrat, samtidig med at flage justering. Derefter, når justeret, sænke det øverste substrat, indtil den øverste flage helt kontakter den nederste flage.Kontakten er mærkbar på grund af en pludselig ændring af farve. Når der er kontakt, opvarmes bundsubstratet til 75 grader Celsius for bedre vedhæftning af PMMA til bundsubstratet. PMMA'en løsrives fra glasrutsjebanen.Rengør derefter bundsubstratet for at fjerne PMMA-filmen. Hvis du vil bruge stemplingsmetoden for flageoverførsel, skal du først placere underlaget på den nederste fase af overførselsopsætningen. På dette substrat, identificere placeringen af den ønskede flage, som vil være den nederste krystal.Dernæst skal du placere det øverste substrat i holderen af overførslen setup og varme bunden substrat til 100 grader Celsius. Derefter justere og bringe den øverste krystal i kontakt med den nederste flage. Når der er foretaget fuldstændig kontakt mellem de to flager, skal du langsomt hæve det øverste substrat.Dette resulterer i drop-off af den øverste flage fra stempel til bunden substrat. Krystaller af rhenium disulfid er ideelle til at demonstrere kantede tilpasning, fordi det mekanisk eksfolierer som aflange stænger med veldefinerede kanter. Her blev den øverste flage placeret i en 75 graders vinkel til den nederste krystal ved hjælp af PDMS stempling metode vist i denne video.Atomic force mikroskopi blev brugt til præcist at måle twist vinkel mellem top og bund flager. Ved hjælp af PMMA PVA-proceduren blev overførselsopsætningen med succes brugt til at skabe en struktur bestående af to monolagflager af molybdæn disulfid. De enkelte monolag er vist her eksfolieret på PMMA og silicium-dioxid.Den demonstrerede procedure resulterer i den struktur, der vises her gennem et optisk mikroskop. Flere detaljer, såsom tykkelsen og den relative position af den stablede monolag kan bekræftes ved hjælp af AFM. De vigtigste dele af denne procedure er den laterale og roterende tilpasning af flagerne.Andre overførselsmetoder findes, og de følger en lignende protokol, og forskellige polymerer og to-dimensionelle krystaller kan bruges til at fremstille bestemte strukturer. Og selvfølgelig kan yderligere rengøringsmetoder bruges til at sikre uberørte krystaloverflader og grænseflader. Når du bruger kemikalier som PMMA, acetone og andre, skal du sørge for at bære den rette personlige værnemidler og til at udføre trinene i et godt ventileret miljø, såsom en røghætte.

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

Opdigte Metamaterialer Brug af Fiber Tegning Method

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

Karakterisering af Nanocrystal størrelsesfordeling hjælp Raman spektroskopi med en Multi-partikel Phonon Indespærring Model

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

Vækst og elektrostatisk/kemiske egenskaber af Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

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

En fabrikation og målemetode for en fleksibel Ferroelectric Element baseret på Van Der Waals Heteroepitaxy

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

Opdigte reaktive overflader med børste-agtig og Crosslinked film af Azlactone-Functionalized blok Co polymerer

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

Et-trins tilgang til at opdigte Polydimethylsiloxan mikrofluid kanaler af forskellige geometriske sektioner af sekventielle våde ætsning processer

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

Klargøring af en isotopisk ren 229th ionstråle til studier af 229m

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

Graphene-Assisted Quasi-van der Waals Epitaxy af AlN Film på Nano-mønstrede Sapphire Substrat for Ultraviolet Light Emitting Diodes

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

Behandling af overflader med et koldt atmosfærisk trykplasma ved hjælp af COST-Jet

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