Name: fabricating van der waals heterostructures with precise rotational alignment
Uploaded: 2019-07-05T13:00:00
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लेखक ओटावा विश्वविद्यालय और NSERC डिस्कवरी अनुदान RGPIN-2016-06717 और NSERC एसपीजी QC2DM से धन स्वीकार करते हैं.

1. स्थानांतरण प्रक्रिया के लिए इंस्ट्रूमेंटेशन
<ol><li>आदेश में स्थानांतरण प्रक्रिया कल्पना करने के लिए, एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप है कि उज्ज्वल क्षेत्र रोशनी के तहत काम कर सकते हैं का उपयोग. चूंकि 2D क्रिस्?...

<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>

घर निर्मित हस्तांतरण सेटअप यहाँ प्रस्तुत दोनों पार्श्व और घूर्णी नियंत्रण के साथ उपन्यास स्तरित सामग्री के निर्माण के लिए एक विधि प्रदान करता है. साहित्य10,25में वर्णित अन्य समाध?...

दो आयामी (2 डी) सामग्री के बढ़ते क्षेत्र में अनुसंधान के बाद शोधकर्ताओं ने एक तकनीक है जो ग्राफीनकेअलगाव सक्षम विकसित करने के बाद शुरू हुआ 1 ,2,3 (कार्बन परमाणुओं की एक परमाणु फ्लैट शीट) से ग्रेफाइट. ग्राफीन स्तरित 2 डी सामग्री का एक बड़ा वर्ग का एक सदस्य है, यह भी वैन der Waals सामग्री या क्रिस्टल के रूप में जाना जाता है. वे मजबूत सहसंयोजक इंट्रालेयर संबंध और कमजोर वैन der Waals interlayer युग्मन है. इसलिए, ग्रेफाइट से ग्राफीन को अलग करने की तकनीक को अन्य 2 D सामग्रियों पर भी लागू किया जा सकता है जहां एक कमजोर इंटरलेयर बांड को तोड़ सकता है और एकल परतों को अलग कर सकता है। क्षेत्र में एक प्रमुख विकास प्रदर्शन था कि जिस तरह दो आयामी सामग्रियों की आसन्न परतों कोएक साथ रखने वाले वैन डर वाल्स बांडों को एक साथ तोड़ा जा सकता है, उसी तरह उन्हें भी 2,4एक साथ रखा जा सकता है। इसलिए, 2 डी सामग्री के क्रिस्टल controllably अलग गुणों के साथ 2 डी सामग्री की परतों को एक साथ स्टैकिंग द्वारा बनाया जा सकता है। यह ब्याज का एक बड़ा सौदा प्रेरित, के रूप में सामग्री पहले प्रकृति में अस्तित्व में या तो पूर्व दुर्गम भौतिक घटना4,5,6,7 को उजागर करने के लक्ष्य के साथ बनाया जा सकता है ,8,9 या प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों के लिए बेहतर उपकरणों के विकास. इसलिए, 2 डी सामग्री स्टैकिंग पर सटीक नियंत्रण रखना अनुसंधान क्षेत्र10,11,12में मुख्य लक्ष्यों में से एक बन गया है ।
विशेष रूप से, वैन der Waals heterastructures में आसन्न परतों के बीच मोड़ कोण सामग्री गुण13को नियंत्रित करने के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर होना दिखाया गया था. उदाहरण के लिए, कुछ कोणों पर, आसन्न परतों के बीच एक रिश्तेदार मोड़ की शुरूआत प्रभावी ढंग से इलेक्ट्रॉनिक रूप से दो परतों decouple कर सकते हैं. इसका अध्ययन ग्राफीन14,15 और संक्रमण धातु डाइचलकोजेनाइड्स16,17,18,19दोनों में किया गया . हाल ही में, यह आश्चर्यजनक रूप से पाया गया कि यह भी इन सामग्रियों के मामले की स्थिति को बदल सकते हैं. खोज है कि bilayer ग्राफीन एक "जादू कोण" पर उन्मुख कम तापमान पर एक Mott इंसुलेटर और यहां तक कि एक superconductor के रूप में व्यवहार करता है जब इलेक्ट्रॉन घनत्व ठीक से देखते है महान रुचि और कोणीय नियंत्रण के महत्व की प्राप्ति छिड़ गया है जब परतदार वैन डेर वाल्स हेटरोस्ट्रक्चर13,20,21.
परतों के बीच रिश्तेदार अभिविन्यास का समायोजन करके उपन्यास वैन der Waals सामग्री के गुणों ट्यूनिंग के विचार से खोला वैज्ञानिक अवसरों से प्रेरित है, हम इस तरह की संरचनाओं बनाने के लिए प्रक्रिया के साथ एक घर निर्मित साधन पेश कोणीय नियंत्रण के साथ।

<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

इस काम में हम अलग ultrathin स्तरित 2 डी सामग्री स्टैकिंग द्वारा नए क्रिस्टल (वैन der Waals heterstructures) बनाने के लिए एक तकनीक का वर्णन. हम न केवल पार्श्व नियंत्रण प्रदर्शित करते हैं, लेकिन महत्वपूर्ण बात, आसन्न परतों के कोणीय संरेखण पर भी नियंत्रण. तकनीक के कोर एक घर निर्मित हस्तांतरण सेटअप जो उपयोगकर्ता व्यक्तिगत हस्तांतरण में शामिल क्रिस्टल की स्थिति को नियंत्रित करने के लिए अनुमति देता है द्वारा प्रतिनिधित्व किया है. यह उप-माइक्रोमीटर (अनुवाद) और उप-डिग्री (कोणीय) परिशुद्धता के साथ हासिल की है। उन्हें एक साथ स्टैकिंग से पहले, अलग क्रिस्टल व्यक्तिगत रूप से एक क्रमादेशित सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं कि कस्टम डिजाइन चलती चरणों द्वारा हेरफेर कर रहे हैं. इसके अलावा, के बाद से पूरे हस्तांतरण सेटअप कंप्यूटर नियंत्रित है, उपयोगकर्ता दूर से हस्तांतरण सेटअप के साथ सीधे संपर्क में आने के बिना सटीक विषमसंरचना बना सकते हैं, के रूप में इस तकनीक लेबलिंग "हाथ से मुक्त". हस्तांतरण सेट अप पेश करने के अलावा, हम भी क्रिस्टल है कि बाद में खड़ी कर रहे हैं तैयार करने के लिए दो तकनीकों का वर्णन.

हमारी प्रक्रिया के परिणामों और प्रभावशीलता को समझाने के लिए हम रूनियम डिस्लफाइड (आरएस2) पतले क्रिस्टल के कोण-नियंत्रित ढेर का एक अनुक्रम प्रस्तुत करते हैं। इस बात पर जोर देने के लिए कि ?...

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Fabricating van der Waals Heterostructures with Precise Rotational Alignment

इस काम में हम स्थिति और रिश्तेदार अभिविन्यास पर सटीक नियंत्रण के साथ ultrathin स्तरित 2 डी सामग्री स्टैकिंग द्वारा नए क्रिस्टल (वैन der Waals विषमसंरचनाओं) बनाने के लिए प्रयोग किया जाता है कि एक तकनीक का वर्णन.

सटीक घूर्णी संरेखण के साथ वैन der Waals Heterostructures का निर्माण

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

यह प्रोटोकॉल पूर्व में दुर्गम भौतिक घटनाओं को उजागर करने या तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए बेहतर उपकरणों के विकास के लक्ष्य के साथ, प्रकृति में पहले से अस्तित्वहीन सामग्री के निर्माण के लिए अनुमति देता है। इस तकनीक का मुख्य लाभ यह है कि उपकरण को दूर से और पर्यावरण नियंत्रण में संचालित किया जा सकता है, और इससे मैनुअल त्रुटि के जोखिम को कम किया जा सकता है और यह नमूना स्वच्छता में सुधार भी कर सकता है। इसके अलावा, सिस्टम एक घूर्णन चरण से लैस है, और यह उपयोगकर्ता को दो गुच्छे के बीच उप-डिग्री कोणीय संरेखण तक पहुंचने की अनुमति देता है।जैसा कि हम पतले क्रिस्टल और छोटे सतह क्षेत्रों के साथ काम कर रहे हैं, एक उपयुक्त आकार के परत की पहचान अप्रशिक्षित आंख के लिए चुनौतीपूर्ण हो सकती है । इसके अतिरिक्त, क्रिस्टल के छोटे आकार आसानी से हस्तांतरण प्रक्रिया के दौरान गलत संरेखण के लिए नेतृत्व कर सकते हैं । इसलिए इन चरणों को सावधानीपूर्वक निष्पादित करने की सिफारिश की जाती है।प्रोटोकॉल में कई चरणों में विशेष विवरण होते हैं जिन्हें समझाना मुश्किल होता है लेकिन नेत्रहीन प्रस्तुत किए जाने पर उनका पालन करना बहुत आसान होता है। स्थानांतरण प्रक्रिया की कल्पना करने के लिए, एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करें जो उज्ज्वल क्षेत्र रोशनी के तहत काम कर सकता है। माइक्रोस्कोप को 5x, 50x और 100x लंबी काम करने वाली दूरी के उद्देश्यों से लैस करें।माइक्रोस्कोप भी एक कैमरा है कि एक कंप्यूटर से जोड़ता है के साथ सुसज्जित किया जाना चाहिए । क्रिस्टल की स्थिति को व्यक्तिगत रूप से नियंत्रित करने के लिए, यहां दिखाए गए दो अलग-अलग जोड़तोड़ से लैस करें। कस्टम नमूना धारकों को गढ़ें जो ग्लास स्लाइड का समर्थन कर सकते हैं।इस नमूना धारक का उपयोग शीर्ष क्रिस्टल को स्थान देने के लिए किया जाएगा। नीचे जोड़तोड़ के लिए, एक मशीनी ग्लास सिरेमिक धारक में एक फ्लैट हीटिंग तत्व रखें और इसे घूर्णन चरण में प्रत्यय करें। फिर, हीटिंग तत्व को बिजली की आपूर्ति और तापमान नियंत्रक से जोड़ें।एसीटोन से भरे बीकर में सिलिकॉन सिलिकॉन-ऑक्साइड वेफर से एक-एक-एक सेंटीमीटर वर्ग को जलमग्न करें और फिर बीकर को अल्ट्रासोनिक क्लीनर में रखें । 10 मिनट के बाद, चिमटी की एक जोड़ी का उपयोग करने के लिए बीकर से वेफर को हटाने और isopropanol के साथ कुल्ला, तो एक नाइट्रोजन बंदूक का उपयोग कर वेफर सूखी । इसके बाद, क्रिस्टल के एक हिस्से को ध्यान से हटा दें और इसे सेमीकंडक्टर-ग्रेड चिपकने वाले टेप के एक टुकड़े पर रखें।चिपकने वाला टेप का एक दूसरा टुकड़ा ले लो और दृढ़ता से यह प्रारंभिक क्रिस्टल पकड़े टेप के खिलाफ प्रेस । क्रिस्टल के कई पतले टुकड़ों का उत्पादन करने के लिए, कई बार दोहराते हुए टेप के दो टुकड़ों को छील दें। एक हौसले से साफ सब्सट्रेट पर पतली 2D क्रिस्टल के साथ चिपकने वाला टेप दबाएं, जैसे कि क्रिस्टल सब्सट्रेट के साथ सीधे संपर्क में है और सब्सट्रेट पर एक्सफोलिएटेड गुच्छे को छोड़ने के लिए टेप को छील दें।किसी भी अवशिष्ट चिपकने वाले को हटाने के लिए, परिणामी नमूने को एसीटोन से भरे बीकर में रखें। 10 मिनट के बाद, नमूना निकालें, आइसोप्रोपेनॉल के साथ कुल्ला करें और नाइट्रोजन बंदूक के साथ सूखें। सब्सट्रेट के साथ फ्लेक के ऑप्टिकल कंट्रास्ट का आकलन करके उनकी मोटाई का अनुमान लगाने के लिए ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करके एक्सफोलिएटेड फ्लेक्स की जांच करें।फिर, सतह आकृति विज्ञान को बेहतर तरह से मापने और परत की मोटाई को मापने के लिए टैपिंग मोड में एएफएम का उपयोग करें। एक संलग्न पॉलीमेथाइलमेथाक्रिलेट फिल्म के साथ एक ग्लास स्लाइड पर क्रिस्टल को एक्सफोलिएट करके स्थानांतरण प्रक्रिया के लिए शीर्ष सब्सट्रेट तैयार करें। पहले दिखाए गए एक साफ सब्सट्रेट प्राप्त करने के बाद, सब्सट्रेट को स्पिन कोटर पर रखें और इसे पॉलीविनाइल अल्कोहल से कवर करें।लगभग 450 नैनोमीटर मोटी परत का उत्पादन करने के लिए एक मिनट के लिए 3, 000 आरपीएम पर सब्सट्रेट स्पिन करें। फिर, सब्सट्रेट को सीधे गर्म प्लेट पर रखें और इसे पांच मिनट के लिए 75 डिग्री सेल्सियस पर खुला बेक करें। एक बार ठंडा होने के बाद, सब्सट्रेट को स्पिन कोटर पर वापस रखें और इसे पॉलीमेथाइलमेथाक्रिलेट के साथ कवर करें।स्पिन कोट एक मिनट के लिए 1, 500 आरपीएम पर सब्सट्रेट पर पीएमएमए की 820-नैनोमीटर-मोटी परत। स्पिन कोटिंग के बाद, सब्सट्रेट को गर्म प्लेट पर वापस रखें और इसे 75 डिग्री सेल्सियस पर खुला बेक करें। पांच मिनट के बाद, गर्म प्लेट से सब्सट्रेट निकालें और एक टेप फ्रेम बनाने के लिए अपने किनारों के साथ चिपकने वाले टेप के टुकड़े रखें।फिर, यांत्रिक रूप से पीएमएमए सतह पर 2डी क्रिस्टल को छूटना जैसा कि पिछले खंड में दिखाया गया है। पीएमएमए को पीवीए से अलग करने के लिए चिमटी की एक तेज जोड़ी का उपयोग करें, धीरे-धीरे टेप फ्रेम को छीलने। टेप फ्रेम के साथ पीएमएमए लेयर और एक्सफोलिएटेड क्रिस्टल सिलिकॉन सिलिकॉन-ऑक्साइड-वेफर सब्सट्रेट में पीवीए से अलग हो जाएगा ।इसके बाद, टेप फ्रेम को उलटें और इसे एक मशीनी समर्थन पर रखें ताकि क्रिस्टल नीचे की ओर आ सके। एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के नीचे नमूना रखें और तेज चिमटी की एक जोड़ी का उपयोग करने के लिए एक छोटे से वॉशर ठीक PMMA फिल्म पर जगह है कि यह वांछित परत चारों ओर से घेरे । फिर, एक ग्लास स्लाइड को कम करें और इसे उजागर टेप के खिलाफ दबाकर बहुलक का पालन करें।तैयार सब्सट्रेट को ट्रांसफर सेटअप के निचले चरण पर रखें। इस सब्सट्रेट पर, वांछित परत की स्थिति की पहचान करें। यह परत नीचे क्रिस्टल बन जाएगा।फिर, शीर्ष सब्सट्रेट को स्थानांतरण सेटअप के शीर्ष सब्सट्रेट धारक में रखें। कम आवर्धन उद्देश्य का उपयोग करके, नीचे सब्सट्रेट को ध्यान में लाएं और वांछित परत को केंद्र में लाएं। धीरे-धीरे शीर्ष सब्सट्रेट को तब तक कम करें जब तक कि इसे उद्देश्य द्वारा नहीं देखा जा सकता है।फिर, इसकी पार्श्व स्थिति और दो गुच्छे के घूर्णन संरेखण को समायोजित करें। जब गुच्छे वांछित के रूप में गठबंधन किए जाने के करीब होते हैं, तो 50x उद्देश्य पर स्विच करें और फ्लेक संरेखण को समायोजित करते हुए शीर्ष सब्सट्रेट को कम करना जारी रखें। फिर, एक बार गठबंधन, शीर्ष परत पूरी तरह से नीचे परत संपर्क जब तक शीर्ष सब्सट्रेट कम ।अचानक रंग बदलने के कारण संपर्क ध्यान देने योग्य है। जब संपर्क किया जाता है, तो पीएमएमए के बेहतर आसंजन के लिए नीचे सब्सट्रेट को नीचे सब्सट्रेट तक गर्म करें। पीएमएमए ग्लास स्लाइड से अलग हो जाएगा ।इसके बाद पीएमएमए फिल्म को हटाने के लिए बॉटम सब्सट्रेट को साफ करें। फ्लेक स्थानांतरण की मुद्रांकन विधि का उपयोग करने के लिए, सबसे पहले हस्तांतरण सेटअप के नीचे चरण पर सब्सट्रेट रखें। इस सब्सट्रेट पर, वांछित परत की स्थिति की पहचान करें, जो नीचे क्रिस्टल होगा।इसके बाद, शीर्ष सब्सट्रेट को स्थानांतरण सेटअप के धारक में रखें और नीचे सब्सट्रेट को 100 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करें। फिर, संरेखित करें और शीर्ष क्रिस्टल को नीचे के परत के संपर्क में लाएं। एक बार जब दो गुच्छे के बीच पूर्ण संपर्क किया जाता है, तो धीरे-धीरे शीर्ष सब्सट्रेट उठाएं।इसके परिणामस्वरूप स्टांप से नीचे सब्सट्रेट तक शीर्ष परत की गिरावट होती है। राइनियम डिसल्फाइड के क्रिस्टल कोणीय संरेखण का प्रदर्शन करने के लिए आदर्श हैं, क्योंकि यह यांत्रिक रूप से अच्छी तरह से परिभाषित किनारों के साथ लम्बी सलाखों के रूप में छूटता है। यहां, शीर्ष परत इस वीडियो में दिखाए गए PDMS मुद्रांकन विधि का उपयोग कर नीचे क्रिस्टल के लिए एक ७५ डिग्री कोण पर रखा गया था ।ऊपर और नीचे के गुच्छे के बीच ट्विस्ट एंगल को ठीक से मापने के लिए परमाणु बल माइक्रोस्कोपी का इस्तेमाल किया गया था । पीएमएमए पीवीए प्रक्रिया का उपयोग करके, स्थानांतरण सेटअप का सफलतापूर्वक उपयोग एक संरचना बनाने के लिए किया गया था जिसमें मोलिब्डेनम डिसल्फाइड के दो मोनोलेयर गुच्छे शामिल थे। व्यक्तिगत मोनोलेयर यहां पीएमएमए और सिलिकॉन सिलिकॉन-डाइऑक्साइड पर छूटा हुआ दिखाया गया है ।एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के माध्यम से यहां दिखाई गई संरचना में प्रदर्शन प्रक्रिया का परिणाम है। अधिक जानकारी, जैसे मोटाई और खड़ी मोनोलेयर की सापेक्ष स्थिति एएफएम का उपयोग करके पुष्टि की जा सकती है। इस प्रक्रिया के सबसे महत्वपूर्ण हिस्से गुच्छे के पार्श्व और घूर्णन संरेखण हैं।अन्य हस्तांतरण विधियां मौजूद हैं और वे एक समान प्रोटोकॉल का पालन करते हैं, और विशेष संरचनाओं को बनाने के लिए विभिन्न पॉलिमर और दो-आयामी क्रिस्टल का उपयोग किया जा सकता है। और हां, प्राचीन क्रिस्टल सतहों और इंटरफेस को सुनिश्चित करने के लिए अतिरिक्त सफाई विधियों का उपयोग किया जा सकता है। पीएमएमए, एसीटोन और अन्य जैसे रसायनों का उपयोग करते समय, उचित व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण पहनना और एक अच्छी तरह से हवादार वातावरण में कदम उठाना सुनिश्चित करें, जैसे कि एक धूम हुड।

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