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

De auteurs erkennen de financiering van de Universiteit van Ottawa en NSERC Discovery Grant RGPIN-2016-06717 en NSERC SPG QC2DM.

1. instrumentatie voor de overdrachtsprocedure
<ol><li>Om het overdrachtsproces te visualiseren, gebruik maken van een optische Microscoop die kan werken onder helder-veldverlichting. Aangezien de typische afmetingen van de 2D-kristallen 1 – 500 μm2zijn, rust de Microscoop uit met 5x, 50x en 100x lange werkafstanddoelstellingen. De Microscoop moet ook zijn uitgerust met een camera die is aangesloten op een computer (Figuur 1a).</li>
	<li>Gebruik afzonderlijke manipulatoren om...

<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>

De huisgemaakte overdrachts instellingen die hier worden gepresenteerd, bieden een methode voor het bouwen van nieuwe gelaagde materialen met zowel laterale als roterende controle. In vergelijking met andere oplossingen beschreven in de literatuur10,25, ons systeem vereist geen complexe infrastructuur, maar het bereikt het doel van gecontroleerde uitlijning van 2D kristallen.
De meest kritieke stap in de procedure is het uitlijnen en p...

Onderzoek in het ontluikende veld van tweedimensionale (2D) materialen begon nadat de onderzoekers een techniek ontwikkelden die de isolatie van grafeen1,2,3 (een atomisch vlakke plaat van koolstofatomen) van Graphite. Graphene is een lid van een grotere klasse van gelaagde 2D-materialen, ook wel van der Waals materialen of kristallen genoemd. Ze hebben een sterke covalente intralayer binding en zwakke van der Waals tussenlaag koppeling. Daarom kan de techniek voor het isoleren van grafeen uit grafiet ook worden toegepast op andere 2D-materialen waar men de zwakke tussenlaag bindingen kan breken en enkele lagen isoleert. Een belangrijke ontwikkeling in het veld was de demonstratie dat, net zoals de van der Waals-obligaties die aangrenzende lagen van tweedimensionale materialen in elkaar houden, kunnen worden gebroken, ze ook samen2,4kunnen worden teruggeplaatst. Daarom kunnen kristallen van 2D-materialen worden gemaakt door lagen van 2D-materialen met verschillende eigenschappen op elkaar te stapelen. Dit stimude veel belangstelling, omdat materialen die voorheen onbestaande waren in de natuur kunnen worden gecreëerd met als doel het ontdekken van voorheen ontoegankelijke fysieke verschijnselen4,5,6,7 ,8,9 of het ontwikkelen van superieure apparaten voor technologie toepassingen. Daarom is het hebben van precieze controle over het stapelen van 2D-materialen een van de belangrijkste doelen in het onderzoeksveld10,11,12geworden.
In het bijzonder bleek de draaihoek tussen aangrenzende lagen in van der Waals halfgeleiderheterostructuren een belangrijke parameter te zijn voor het beheersen van materiaaleigenschappen13. In sommige hoeken kan de introductie van een relatieve twist tussen aangrenzende lagen bijvoorbeeld de twee lagen effectief elektronisch ontkoppelen. Dit werd bestudeerd zowel in grafeen14,15 als in overgangsmetalen dichalcogenides16,17,18,19. Meer recentelijk werd het verrassend gevonden dat het ook de toestand van de materie van deze materialen kan veranderen. De ontdekking dat dubbelgelaagde grafeen gericht op een "magische hoek" gedraagt zich als een Mott isolator bij lage temperaturen en zelfs een supergeleider wanneer de elektronen dichtheid correct is afgesteld heeft grote belangstelling gewekt en een realisatie van het belang van de hoekige controle bij het fabriekeren van gelaagde van der Waals halfgeleiderheterostructuren13,20,21.
Gemotiveerd door de wetenschappelijke kansen die zijn ontstaan door het idee van het afstemmen van de eigenschappen van nieuwe van der Waals materialen door het aanpassen van de relatieve oriëntatie tussen de lagen, presenteren we een huis gebouwd instrument samen met de procedure om dergelijke structuren te creëren met hoekige controle.

<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

In dit werk beschrijven we een techniek voor het maken van nieuwe kristallen (van der Waals heterostructures) door het stapelen van verschillende ultradunne gelaagde 2D materialen. We demonstreren niet alleen laterale controle, maar, belangrijk, ook controle over de hoek uitlijning van aangrenzende lagen. De kern van de techniek wordt vertegenwoordigd door een huisgemaakte Transfer Setup waarmee de gebruiker de positie kan bepalen van de individuele kristallen die bij de overdracht betrokken zijn. Dit wordt bereikt met sub-micrometer (translationele) en sub-graden (hoekige) precisie. Voordat ze samen worden gestapeld, worden de geïsoleerde kristallen individueel gemanipuleerd door op maat ontworpen bewegende stadia die worden bestuurd door een geprogrammeerde software-interface. Bovendien kan de gebruiker, aangezien de gehele overdrachts instelling computergestuurd is, op afstand precieze Heterostructuren creëren zonder in direct contact te komen met de overdrachts instellingen, waarbij deze techniek als "Handsfree" wordt gelabeling. Naast het presenteren van de transfer, beschrijven we ook twee technieken voor het bereiden van de kristallen die vervolgens gestapeld worden.

Ter illustratie van de uitkomsten en effectiviteit van onze procedure presenteren we een opeenvolging van hoek-gecontroleerde stapels van renium bisulfide (ReS2) dunne kristallen. Om te benadrukken dat de beschreven methode ook kan worden toegepast op atomisch dunne lagen, illustreren we ook de constructie van twee relatief gedraaide monolagen molybdeen-bisulfide (MoS2).
Om de hoek uitlijning mogelijkheden ...

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

In dit werk beschrijven we een techniek die wordt gebruikt om nieuwe kristallen (van der Waals heterostructures) te maken door het stapelen van ultradunne gelaagde 2D-materialen met nauwkeurige controle over positie en relatieve oriëntatie.

Van der Waals Heterostructures met precieze rotatie uitlijning

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

Dit protocol maakt het mogelijk om materialen te maken die voorheen niet in de natuur bestonden, met als doel het blootleggen van voorheen ontoegankelijke fysieke verschijnselen of het ontwikkelen van superieure apparaten voor technologische toepassingen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de apparatuur op afstand en in een omgevingscontrole kan worden bediend, en dit kan het risico op handmatige fouten verminderen en ook de netheid van het monster verbeteren. Bovendien is het systeem uitgerust met een rotatiefase, waardoor de gebruiker subgraads hoekige uitlijning tussen de twee vlokken kan bereiken.Omdat we werken met dunne kristallen en kleine oppervlaktes, kan de identificatie van een geschikte formaatvlok een uitdaging zijn voor het ongetrainde oog. Bovendien kan het kleine formaat van het kristal gemakkelijk leiden tot verkeerde uitlijning tijdens de overdrachtsprocedure. Daarom wordt aanbevolen om deze stappen zorgvuldig uit te voeren.Veel stappen in het protocol hebben specifieke details die moeilijk uit te leggen zijn, maar ze zijn veel eenvoudiger te volgen wanneer ze visueel worden gepresenteerd. Om het overdrachtsproces te visualiseren, maakt u gebruik van een optische microscoop die kan werken onder heldere-veldverlichting. Rust de microscoop uit met 5x, 50x en 100x lange werkafstand doelstellingen.De microscoop moet ook zijn uitgerust met een camera die verbinding maakt met een computer. Rust twee afzonderlijke manipulatoren uit, die hier worden getoond, om de positie van de kristallen individueel te controleren. Fabriceer aangepaste monsterhouders die een glazen schuif kunnen ondersteunen.Deze monsterhouder wordt gebruikt om het bovenste kristal te plaatsen. Voor de onderste manipulatoren plaatst u een plat verwarmingselement in een bewerkte keramische houder van het glas en breng deze aan op het roterende stadium. Sluit vervolgens het verwarmingselement aan op een voeding en een temperatuurregelaar.Dompel een vierkant van één voor één van een silicium siliciumoxidewafer onder in een beker gevuld met aceton en plaats het bekerglas in een ultrasone reiniger. Na 10 minuten, gebruik een pincet om de wafer te verwijderen uit het bekerglas en spoel het met isopropanol, dan droog de wafer met behulp van een stikstof pistool. Verwijder vervolgens voorzichtig een deel van het kristal en plaats het op een stuk plakband van halfgeleiderkwaliteit.Neem een tweede stuk plakband en druk het stevig tegen de eerste tape met het kristal. Schil de twee stukken tape weg, meerdere keren herhalend, om veel dunne stukjes kristal te produceren. Druk de plakband met de dunne 2D-kristallen op een vers gereinigd substraat, zodat het kristal in direct contact staat met het substraat en de tape afpelt om geëxfolieerde vlokken op het substraat achter te laten.Om eventuele restlijm te verwijderen, plaatst u het resulterende monster in een beker gevuld met aceton. Na 10 minuten, verwijder het monster, spoel af met isopropanol en droog met een stikstofpistool. Bestudeer de geëxfolieerde vlokken met behulp van een optische microscoop om de dikte ervan te schatten door het optische contrast van de vlok met het substraat te beoordelen.Gebruik vervolgens de AFM in de tikmodus om de oppervlaktemorfologie beter te kwantificeren en de vlokdiktete te meten. Bereid het bovensubstraat voor op de overdrachtsprocedure door het kristal op een glazen glijbaan te scrubben met een bijgevoegde polymethylmethacrylaatfilm. Na het verkrijgen van een schoon substraat zoals eerder getoond, plaats het substraat op een spin coater en bedek het met polyvinyl alcohol.Draai het substraat op 3.000 RPM gedurende een minuut om een laag van ongeveer 450 nanometer dik te produceren. Plaats het substraat vervolgens direct op een hete plaat en bak het vijf minuten blootgelegd op 75 graden Celsius. Eenmaal koel, plaats het substraat terug op de spin coater en bedek het met polymethylmethacrylaat.Spin coat een 820-nanometer dikke laag PMMA op het substraat op 1, 500 RPM voor een minuut. Na spin coating, plaats het substraat terug op de hete plaat en bak het onbedekt op 75 graden Celsius. Verwijder na vijf minuten het substraat van de hete plaat en plaats stukjes plakband langs de randen om een tapeframe te creëren.Exfoliëren vervolgens mechanisch een 2D-kristal op het PMMA-oppervlak, zoals weergegeven in de vorige sectie. Gebruik een scherpe pincet om de PMMA te scheiden van de PVA, langzaam afpellend terug het tape frame. De PMMA-laag en het geëxfolieerde kristal, samen met het tapeframe, zullen zich losmaken van de PVA in het silicium-oxide-wafer substraat.Vervolgens, omkeren van de tape frame en plaats het op een bewerkte ondersteuning, zodat het kristal naar beneden wordt gericht. Plaats het monster onder een optische microscoop en gebruik een paar scherpe pincet om een kleine ring precies op de PMMA-film te plaatsen, zodat het de gewenste vlok omringt. Laat vervolgens een glazen schuif zakken en hecht deze aan het polymeer door het tegen de blootgestelde tape te drukken.Plaats het geprepareerde substraat op de onderste fase van de overdrachtsopstelling. Op dit substraat, identificeer de positie van de gewenste vlok. Deze vlok wordt het onderste kristal.Plaats vervolgens het bovenste substraat in de bovenste substraathouder van de overdrachtsopstelling. Met behulp van een lage vergroting doelstelling, breng de bodem substraat in focus en het centrum van de gewenste vlok. Langzaam lager de top substraat totdat het kan worden gezien door het doel.Pas vervolgens de zijdelingse positie en de rotatieuitlijning van de twee vlokken aan. Wanneer de vlokken zijn dicht bij wordt uitgelijnd zoals gewenst, overschakelen naar een 50x doelstelling en blijven de bovenste substraat te verlagen, terwijl het aanpassen van de vlok uitlijning. Dan, eenmaal uitgelijnd, lager het bovenste substraat totdat de bovenste vlok volledig contacten de onderste vlok.Het contact is merkbaar als gevolg van een plotselinge verandering van kleur. Wanneer contact wordt gemaakt, verwarm het bodemsubstraat tot 75 graden Celsius voor een betere hechting van de PMMA aan het bodemsubstraat. De PMMA zal loskomen van de glazen schuif.Reinig vervolgens het ondersubstraat om de PMMA-film te verwijderen. Om de stempelmethode van vlokoverdracht te gebruiken, plaatst u eerst het substraat op de onderste fase van de overdrachtsinstelling. Op dit substraat, identificeer de positie van de gewenste vlok, die het onderste kristal zal zijn.Plaats vervolgens het bovensubstraat in de houder van de overdrachtsopstelling en verwarm het bodemsubstraat tot 100 graden Celsius. Vervolgens uitlijnen en breng het bovenste kristal in contact met de onderste vlok. Zodra volledig contact is gemaakt tussen de twee vlokken, langzaam verhogen van de top substraat.Dit resulteert in het afgeven van de bovenste vlok van de stempel naar het onderste substraat. Kristallen van rhenium disulfide zijn ideaal voor het aantonen van hoekige uitlijning, omdat het mechanisch exfoliates als langwerpige staven met goed gedefinieerde randen. Hier werd de bovenste vlok geplaatst in een hoek van 75 graden naar het onderste kristal met behulp van de PDMS stempelmethode in deze video.Atoomkracht microscopie werd gebruikt om precies te meten van de draaihoek tussen de boven-en onderkant vlokken. Met behulp van de PMMA PVA-procedure werd de overdrachtsopstelling met succes gebruikt om een structuur te creëren die bestaat uit twee monolaagvlokken molybdeendisulfide. De individuele monolagen worden hier getoond geëxfolieerd op PMMA en silicium silicium-dioxide.De aangetoonde procedure resulteert in de hier getoonde structuur door een optische microscoop. Meer details, zoals de dikte en de relatieve positie van de gestapelde monolaag, kunnen met de AFM worden bevestigd. De belangrijkste onderdelen van deze procedure zijn de laterale en rotatie-uitlijning van de vlokken.Andere overdrachtsmethoden bestaan en ze volgen een soortgelijk protocol, en verschillende polymeren en tweedimensionale kristallen kunnen worden gebruikt om bepaalde structuren te fabriceren. En natuurlijk kunnen extra reinigingsmethoden worden gebruikt om ongerepte kristaloppervlakken en interfaces te garanderen. Bij het gebruik van chemicaliën zoals PMMA, aceton en anderen, moet u de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen dragen en de stappen uitvoeren in een goed geventileerde omgeving, zoals een rookkap.

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

Fabriceren Metamaterialen Met behulp van de Fiber tekenmethode

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 van Nanocrystal Size Distribution met Raman spectroscopie met een Multi-deeltje Phonon opsluiting 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

Groei en elektrostatische fysico-chemische eigenschappen van metaal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructuren

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

Een fabricage- en meetmethode voor een flexibele ferroelektrische Element op basis van 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

Fabriceren van reactieve oppervlakken met borstel-achtige en kruisverwijzende Films van Azlactone-matiemaatschappij blok co-polymeren

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

Één stap aanpak te fabriceren Polydimethylsiloxaan Microfluidic kanalen van verschillende geometrische secties door sequentiële nat etsen processen

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

Voorbereiding van een Isotopisch zuivere 229e Ion Beam voor studies van 229mth

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

Grafeen-Geassisteerde Quasi-van der Waals Epitaxy van AlN Film op Nano-Patroon Sapphire Substraat voor 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

Oppervlakken behandelen met een koud atmosferisch drukplasma met behulp van de COST-Jet

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