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

המחברים להכיר מימון מאוניברסיטת אוטווה ו-NSERC מענק דיסקברי RGPIN-2016-06717 NSERC SPG QC2DM.

1. מכשור להליכי העברה
<ol><li>כדי להמחיש את תהליך ההעברה, להשתמש במיקרוסקופ אופטי שיכול לפעול תחת תאורה בהירה בשדה. מאז הגדלים הטיפוסיים של גבישי 2d הם 1 – 500 יקרומטר2, לצייד את המיקרוסקופ עם 5x, 50x, ו 100x מטרות זמן עבודה מרחוק. המיקרוסקופ חייב להיות מצויד גם עם מצלמה המתחברת למחשב (...

<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>

הגדרת ההעברה המובנית המוצגת כאן מציעה שיטה לבניית חומרים שכבתית הרומן עם שליטה לרוחב וסיבוב. בהשוואה לפתרונות אחרים המתוארים בספרות10,25, המערכת שלנו אינה דורשת תשתית מורכבת, אך היא משיגה את המטרה של יישור מבוקר של גבישים דו-ממדיים.
הצעד הקריט?...

מחקר בשדה המתפתחת של דו מימדי (2d) חומרים החלו לאחר שחוקרים פיתחו טכניקה אשר אפשרה בידוד של גראפן1,2,3 (גיליון שטוח אטותי של אטומי פחמן) מ גרפיט. גראפן הוא חבר של מחלקה גדולה יותר של חומרים דו-ממדיים שכבתית, המכונה גם חומרים וכלי ואן דר וואלס. יש להם קשרים חזקים ומתחברים. עם מצמד שכבות של ואן דר וואלס לכן, את הטכניקה עבור בידוד גראפן מגרפיט יכול להיות גם להחיל על חומרים אחרים 2D שבו אפשר לשבור את הקשרים הבין שכבת חלש לבודד שכבות יחיד. אחד הפיתוח העיקרי בתחום היה ההפגנה כי בדיוק כמו הקשרים ואן דר waals המחזיק שכבות סמוכות של חומרים דו ממדיים יחד ניתן לשבור, הם יכולים גם להיות ביחד2,4. לכן, קריסטלים של חומרים דו-ממדיים יכולים להיווצר על-ידי פיקודית הערמה יחד של שכבות של חומרים דו-ממדיים עם מאפיינים שונים. הדבר דרבן עניין רב, כאשר החומרים שהיו קיימים בטבע בעבר יכולים להיווצר במטרה לחשוף בעבר תופעות פיזיות בלתי נגישות4,5,6,7 ,8,9 או פיתוח התקנים מעולים עבור יישומים טכנולוגיים. לכן, לאחר שליטה מדויקת על הערמה חומרים דו-ממדיים הפכה לאחת המטרות העיקריות בתחום המחקר10,11,12.
בפרט, זווית הפיתול בין השכבות הסמוכות ב-van der Waals הטרובנים הוצגה כפרמטר חשוב לשליטה בתכונות החומר13. לדוגמה, בזוויות מסוימות, המבוא של פיתול יחסי בין שכבות סמוכות יכול לזיווג בצורה אלקטרונית את שתי השכבות. זה נחקרו הן בגרפן14,15 , כמו גם במעבר מתכת dichalcogenides16,17,18,19. לאחרונה, התגלה באופן מפתיע כי הוא יכול גם לשנות את מצב החומר של חומרים אלה. התגלית כי בינה גרפית מכוונת ב "זווית קסם" מתנהג כמו בידוד מוט בטמפרטורות נמוכות ואפילו סופר מנצח כאשר צפיפות האלקטרונים מכוון כראוי הפכה עניין רב ומימוש החשיבות של השליטה זוויתי בעת בדיית שכבות ואן דר וואלס הטרובנים13,20,21.
מונע על ידי ההזדמנויות המדעיות נפתח על ידי הרעיון של כוונון המאפיינים של חומרי ואן דר Waals הרומן על ידי התאמת הכיוון היחסי בין השכבות, אנו מציגים כלי מובנה בבית יחד עם ההליך ליצור מבנים כאלה עם בקרה זוויתית.

<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

בעבודה זו אנו מתארים טכניקה ליצירת גבישים חדשים (ואן דר Waals הטרובנים) על ידי הערמה חומרים דו-ממדיים שכבתית בעלי בדיקת אולטרה דק. אנו מדגימים לא רק שליטה לרוחב, אלא, חשוב, גם לשלוט על יישור זוויתי של שכבות סמוכות. ליבת הטכניקה מיוצגת על ידי התקנת העברה ביתית המאפשרת למשתמש לשלוט במיקום הקריסטלים הבודדים המעורבים בהעברה. הדבר מושג בדיוק של תת-מיקרומטר (העברה) ומידה משנית (זוויתי). לפני הערמה אותם יחד, הקריסטלים מבודדים מניפולציות באופן אינדיבידואלי על ידי שלבי הובלה מתוכננים מותאמים אישית הנשלטים על ידי ממשק תוכנה מתוכנת. יתרה מזאת, מאחר שהגדרת ההעברה כולה מבוקרת מחשב, המשתמש יכול ליצור מרחוק הטרוסקסואלים מדויקים מבלי להגיע למגע ישיר עם התקנת ההעברה, ולתייג טכניקה זו כ"ללא ידיים". בנוסף להצגת הגדרת ההעברה, אנו מתארים גם שתי טכניקות להכנת הקריסטלים המוערמות לאחר מכן.

כדי להמחיש את התוצאות ואת האפקטיביות של ההליך שלנו אנו מציגים רצף של ערימות מבוקרת זווית של רניום קשר דיסולפידי (במיל2) גבישים דקים. כדי להדגיש שהשיטה המתוארת יכולה גם להיות מוחלת על שכבות דקות, אנו גם מדגימה את הבנייה של שני מונאולאיירס מעוות יחסית של מוליבדן דיגופ?...

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

בעבודה זו אנו מתארים טכניקה המשמשת ליצירת קריסטלים חדשים (ואן דר וואלס הטרובנים) על ידי הערמה של חומרים דו-ממדיים שכבתית באולטרסאונד עם שליטה מדויקת על המיקום ועל אוריינטציה יחסית.

בדיית ואן דר ואלס הטרובנים עם יישור סיבוב מדויק

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

פרוטוקול זה מאפשר יצירת חומרים שלא היו קיימים בעבר בטבע, במטרה לחשוף תופעות פיזיקליות לשעבר או לפתח מכשירים מעולים ליישומים טכנולוגיים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא כי הציוד יכול להיות מופעל מרחוק בבקרת הסביבה, וזה יכול להפחית את הסיכון לשגיאה ידנית וגם זה יכול לשפר את ניקיון המדגם. יתר על כן, המערכת מצוידת בשלב סיבובי, וזה מאפשר למשתמש להגיע ליישור זוויתי תת-מעלות בין שני הפתיתים.כפי שאנו עובדים עם גבישים דקים ושטחי פנים קטנים, זיהוי של פתית בגודל המתאים יכול להיות מאתגר לעין לא מאומן. בנוסף, גודלו הקטן של הגביש יכול בקלות להוביל לתסיסה במהלך הליך ההעברה. לכן מומלץ לבצע צעדים אלה בקפדנות.שלבים רבים בפרוטוקול כוללים פרטים מסוימים שקשה להסביר, אך הם הרבה יותר פשוטים למעקב כאשר הם מוצגים באופן חזותי. על מנת לדמיין את תהליך ההעברה, יש להשתמש במיקרוסקופ אופטי שיכול לפעול תחת תאורת שדה בהיר. לצייד את המיקרוסקופ עם 5x, 50x ו 100x מטרות למרחק עבודה ארוכה.המיקרוסקופ חייב להיות מצויד גם במצלמה המתחברת למחשב. לצייד שני מניפולטורים נפרדים, המוצגים כאן, כדי לשלוט במיקום הקריסטלים בנפרד. פברק מחזיקי מדגם מותאמים אישית שיכולים לתמוך בשקופית זכוכית.מחזיק דגימה זה ישמש למיקום הקריסטל העליון. עבור המניפולטורים התחתונים, מניחים גוף חימום שטוח במחזיק קרמיקה מזכוכית במכונה ומדביקים אותו לשלב המסתובב. לאחר מכן, חבר את גוף החימום לאספקת חשמל ולבקר טמפרטורה.טביעה ריבוע של אחד על אחד סנטימטר מ ופל תחמוצת סיליקון בסקילר מלא אצטון ולאחר מכן למקם את העץ לתוך מנקה קולי. לאחר 10 דקות, להשתמש בזוג פינצטה כדי להסיר את הוופל מן המקור ולשטוף אותו עם isopropanol, ולאחר מכן לייבש את הוופל באמצעות אקדח חנקן. לאחר מכן, הסר בזהירות חלק מהקריסטל והצב אותו על פיסת סרט דבק בדרגת מוליכים למחצה.קח חתיכה שנייה של סרט הדבקה ולחץ עליו בחוזקה כנגד הקלטת הראשונית המחזיקה את הקריסטל. לקלף את שתי חתיכות של קלטת, חוזר מספר פעמים, כדי לייצר חתיכות דקות רבות של קריסטל. לחץ על סרט הדבקה עם גבישים דו-מימדיים דקים על מצע שניקה זה את זה, כך שהקריסטל נמצא במגע ישיר עם המצע ו לקלף את הקלטת כדי להשאיר פתיתים פילינג על המצע.כדי להסיר כל דבק שיורית, מניחים את הדגימה וכתוצאה מכך לתוך מקור מלא אצטון. לאחר 10 דקות, להסיר את הדגימה, לשטוף עם isopropanol ויבש עם אקדח חנקן. בדוק את הפתיתים exfoliated באמצעות מיקרוסקופ אופטי כדי להעריך את עובי שלהם על ידי הערכת הניגוד האופטי של הפתית עם המצע.לאחר מכן, השתמש ב- AFM במצב הקשה כדי לכמת טוב יותר את מורפולוגיה פני השטח ולמדוד את עובי הפתיתים. הכינו את המצע העליון להליך ההעברה על ידי פילינג הקריסטל על מגלשת זכוכית עם סרט פולימטילמטאקרילאט מחובר. לאחר קבלת מצע נקי כפי שהוצג בעבר, מניחים את המצע על מעיל ספין ולכסות אותו עם אלכוהול פוליוויניל.סובב את המצע ב-3,000 סל"ד למשך דקה אחת כדי לייצר שכבה בעובי של כ-450 ננומטר. לאחר מכן, מניחים את המצע ישירות על צלחת חמה ואופים אותו חשף ב 75 מעלות צלזיוס במשך חמש דקות. לאחר הקירור, מניחים את המצע בחזרה על מעיל ספין ומכסים אותו עם polymethylmethacrylate.מעיל ספין שכבה בעובי 820 ננומטר של PMMA על המצע ב 1, 500 סל"ד לדקה אחת. לאחר ציפוי ספין, מניחים את המצע בחזרה על הצלחת החמה ואופים אותו חשף ב 75 מעלות צלזיוס. לאחר חמש דקות, להסיר את המצע מהצלחת החמה ולהמקם חתיכות של סרט דבק לאורך הקצוות שלה כדי ליצור מסגרת קלטת.לאחר מכן, מקלף באופן מכני גביש דו-מימדי על משטח PMMA כפי שמוצג בסעיף הקודם. השתמשו בזוג פינצטה חד כדי להפריד את ה-PMMA מה-PVA, ולקלף באיטיות את מסגרת הקלטת. שכבת PMMA וקריסטל פילינג, יחד עם מסגרת הסרט, יתנתקו מה- PVA במצע סיליקון תחמוצת-ופל.לאחר מכן, הפוך את מסגרת הקלטת והצב אותה על תמיכה במכונה כך שהקריסטל פונה כלפי מטה. מניחים את המדגם תחת מיקרוסקופ אופטי ולהשתמש זוג פינצטה חדה למקם מכונת כביסה קטנה דווקא על הסרט PMMA, כך שהוא מקיף את הפתית הרצוי. לאחר מכן, הורידו מגלשת זכוכית ודבקו בפולימר על ידי לחיצה עליו כנגד הקלטת החשופה.הנח את המצע המוכן בשלב התחתון של הגדרת ההעברה. על מצע זה, לזהות את המיקום של הפתית הרצוי. הפתית הזה יהפוך לקריסטל התחתון.לאחר מכן, מקם את המצע העליון במחזיק המצע העליון של הגדרת ההעברה. באמצעות מטרת הגדלה נמוכה, להביא את המצע התחתון לפוקוס ולרכז את הפתית הרצוי. לאט לאט להוריד את המצע העליון עד שהוא יכול להיראות על ידי המטרה.לאחר מכן, להתאים את המיקום הצדדי שלה ואת היישור הסיבובי של שני הפתיתים. כאשר הפתיתים קרובים להיות מיושרים לפי הרצון, לעבור למטרה 50x ולהמשיך להוריד את המצע העליון, תוך התאמת יישור פתיתים. לאחר מכן, לאחר מיושר, להוריד את המצע העליון עד הפתית העליון לחלוטין יוצר קשר עם הפתית התחתון.המגע מורגש עקב שינוי פתאומי בצבע. כאשר מגע נעשה, מחממים את המצע התחתון ל 75 מעלות צלזיוס עבור הידבקות טובה יותר של PMMA למצע התחתון. PMMA יתנתק מגלשת הזכוכית.לאחר מכן, נקה את המצע התחתון כדי להסיר את סרט PMMA. כדי להשתמש בשיטת ההטבעה של העברת פתיתים, מקם תחילה את המצע בשלב התחתון של הגדרת ההעברה. על מצע זה, לזהות את המיקום של הפתית הרצוי, אשר יהיה הקריסטל התחתון.לאחר מכן, מניחים את המצע העליון לתוך המחזיק של הגדרת ההעברה לחמם את המצע התחתון ל 100 מעלות צלזיוס. לאחר מכן, ליישר ולהביא את הגביש העליון במגע עם הפתית התחתון. לאחר מגע מלא נעשה בין שני פתיתים, לאט להעלות את המצע העליון.התוצאה היא הירידה של הפתית העליון מהחותמת למצע התחתון. גבישים של נזלת רניום הם אידיאליים להדגמת יישור זוויתי, כי זה מקלף מכנית כמו ברים מוארכים עם קצוות מוגדרים היטב. כאן, הפתית העליון הוצב בזווית של 75 מעלות לקריסטל התחתון באמצעות שיטת ההחתמה PDMS המוצגת בסרטון זה.מיקרוסקופ כוח אטומי שימש למדידת זווית הסיבוב בין הפתיתים העליונים והתחתונים. באמצעות הליך PMMA PVA, הגדרת ההעברה שימשה בהצלחה ליצירת מבנה המורכב משני פתיתי מונולייה של מוליבדן דיסולפיד. המונואים הבודדים מוצגים כאן על PMMA וסיליקון דו-חמצני.תוצאות ההליך המודגם במבנה המוצג כאן באמצעות מיקרוסקופ אופטי. פרטים נוספים, כגון עובי ואת המיקום היחסי של monolayer מוערם ניתן לאשר באמצעות AFM. החלקים החשובים ביותר של הליך זה הם יישור מעברי סיבובי של הפתיתים.קיימות שיטות העברה אחרות והן פועלות על פי פרוטוקול דומה, ופולימרים שונים וקריסטלים דו-ממדיים יכולים לשמש לייצור מבנים מסוימים. וכמובן, ניתן להשתמש בשיטות ניקוי נוספות כדי להבטיח משטחי גביש וטהור וממשקים. בעת שימוש בכימיקלים כגון PMMA, אצטון ואחרים, הקפד ללבוש את ציוד המגן האישי הנכון ולבצע את השלבים בסביבה מאווררת היטב, כגון מכסה המנוע אדים.

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

Metamaterials בודה בשיטת ציור הסיבים

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

אפיון התפלגות גודל ננו באמצעות ראמאן ספקטרוסקופיה עם דגם Phonon מאסר רב-חלקיקים

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

צמיחה ו Electrostatic/כימי מאפיינים של מתכת/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

ייצור ושיטת מדידה לרכיב Ferroelectric גמיש בהתבסס על ואן דר 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

בדיית משטחים תגובתי עם מברשת, תפור סרטים של פולימרים שיתוף בלוק Azlactone-Functionalized

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

הגישה של צעד אחד בדיית Polydimethylsiloxane Microfluidic אפיקי מקטעים גיאומטריים שונים בתהליכים רציפים איכול רטוב

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

הכנת קרן Isotopically טהורה 229Th יון ללימודים של 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

גראפן בסיוע-ואן דר ואלס כאפיאידיי הסרט על בסיס הספיר ננו-בדוגמת המצע עבור דיודות אור אולטרה סגול

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

טיפול במשטחים עם פלזמת לחץ אטמוספרי קר באמצעות עלות סילון

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