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

著者らは、オタワ大学とNSERCディスカバリー助成金RGPIN-2016-06717およびNSERC SPG QC2DMからの資金提供を認めています。

1. 転送手順のインストルメンテーション
<ol><li>転写工程を可視化するために、明視野照明下で動作可能な光学顕微鏡を利用する。2D結晶の一般的なサイズは1-500 μm2であるため、5x、50x、および100倍の長い作業距離の目標を顕微鏡に装備します。顕微鏡には、コンピュータに接続するカメラも装備する必要があります(図1a)。</li>
	<li>別々のマニピュレータを使用?...

<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>

ここで提示される自家製の転送設定は、横制御と回転制御の両方を備えた新しい層状材料を構築する方法を提供します。文献10、25に記載されている他のソリューションと比較して、我々のシステムは複雑なインフラストラクチャを必要としませんが、2D結晶の制御されたアライメントの目標を達成します。
手順の最も重要なス...

2次元(2D)材料の急増分野における研究は、グラフェン1、2、3(炭素原子の原子的に平坦なシート)の単離を可能にする技術を開発した後に始まった。黒鉛。グラフェンは、ファンデルワールス材料または結晶とも呼ばれる層状の2D材料のより大きなクラスのメンバーです。それらは強い共生的な層内結合および弱いファンデルワールの層間結合を有する。したがって、グラファイトからグラフェンを単離する技術は、弱い層間結合を破壊し、単一の層を分離することができる他の2D材料にも適用することができます。この分野での重要な開発の1つは、2次元材料の隣接する層を一緒に保持するファンデルワールス結合が壊れ得るように、それらも一緒に2、4を一緒に戻すことができるというデモンストレーションでした。したがって、2D マテリアルの結晶は、2D マテリアルのレイヤーを個別の特性を持つレイヤーを制御的に積み重ねることで作成できます。これは、以前は自然界に存在しなかった物質が、以前はアクセスできない物理現象4、5、6、7を明らかにするという目標で作成することができるので、多くの関心を呼び起こしました。 、8、9または技術アプリケーションのための優れたデバイスを開発しています。したがって、2D材料の積み重ねを正確に制御することは、研究分野10、11、12の主要な目標の一つとなっています。
特に、ファンデルワールスヘテロ構造における隣接する層間のねじれ角度は、材料特性13を制御するための重要なパラメータであることが示された。たとえば、ある角度から、隣接する層間の相対的なねじれの導入により、2 つの層を電子的に分離できます。これは、グラフェン14、15、ならびに遷移金属ジハルコゲニド16、17、18、19の両方で研究された。最近では、これらの材料の問題の状態を変えることができることも驚くほど発見されました。「魔法の角度」を配る二層グラフェンが低温でモット絶縁体として振る舞い、電子密度が適切に調整されると超伝導体として振る舞うという発見は、大きな関心を引き起こし、角度制御の重要性を認識しました。層状ファンデルワールスヘテロ構造13、20、21を製造する場合.
層間の相対的な向きを調整することにより、新しいファンデルワールス材料の特性を調整するという考えによって開かれた科学的機会によって動機付けられ、我々はそのような構造を作成する手順と一緒に自家製の楽器を提示します角度制御付き。

<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

本研究では、異なる超薄層2D材料を積み重ねることで、新しい結晶(ファンデルワールスヘテロ構造)を作成する技術について述べている。我々は、横制御だけでなく、重要なことに、隣接する層の角度線形を制御するデモンストレーションを行う。技術の中心はユーザーが移動に関与する個々の結晶の位置を制御することを可能にする家造の移動の組み立てによって表される。これはサブマイクロメートル(翻訳)およびサブ度(角度)の精密によって達成される。それらを一緒に積み重ねる前に、隔離された結晶はプログラムされたソフトウェアインターフェイスによって制御されるカスタム設計の動く段階によってそれぞれ操作される。さらに、転送セットアップ全体がコンピュータ制御されているので、ユーザーは転送設定に直接接触することなく、リモートで正確なヘテロ構造を作成することができ、この技術を「ハンズフリー」とラベル付けします。転送セットアップを提示するほか、その後積み重ねられた結晶を準備するための2つのテクニックについても説明する。

我々の手順の結果と有効性を説明するために、我々は、ジスルフィド(ReS2)薄い結晶の角度制御されたスタックのシーケンスを提示する。記載された方法は原子的に薄い層にも適用できることを強調するために、モリブデンジスルフィド(MoS2)の2つの比較的ねじれた単層の構築も例示する。
転送セットアップ...

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

本研究では、位置と相対的な向きを正確に制御する超薄層2D材料を積み重ねることで、新しい結晶(ファンデルワールヘテロ構造)を作成する技術について述べている。

精密な回転位置合わせによるファンデルワールスヘテロ構造の製作

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

このプロトコルは、以前はアクセス不可能な物理現象を発見するか、技術アプリケーションのための優れたデバイスを開発することを目的として、自然界に存在しない材料の作成を可能にします。この技術の主な利点は、装置をリモートおよび環境制御で操作できることであり、これは手動エラーのリスクを減らし、またサンプルの清潔さを改善することができる。さらに、システムは回転段階が装備され、これによりユーザーは2つのフレーク間の角度の直線に達することを可能にする。薄い結晶や小さな表面積を扱っているため、適切なサイズのフレークの同定は、訓練されていない目に困難な場合があります。さらに、結晶の小さいサイズは移管プロシージャの間に容易にずれにつながる。したがって、これらの手順を細心の注意を払って実行することをお勧めします。プロトコルの多くのステップには、説明が難しい特定の詳細がありますが、視覚的に提示すると、はるかに簡単に従う方が簡単です。転写工程を可視化するために、明視野照明下で動作できる光学顕微鏡を利用する。顕微鏡に5倍、50倍、100倍の長距離目標を装備します。顕微鏡はまたコンピュータに接続するカメラが装備されている必要があります。ここに示す 2 つの別々のマニピュレータを装備して、結晶の位置を個別に制御します。ガラススライドをサポートできるカスタムサンプルホルダーを製作します。このサンプルホルダーは、トップクリスタルの位置に使用されます。底面マニピュレータの場合は、加工ガラスセラミックホルダーに平らな発熱体を入れ、回転ステージに貼り付けます。次に、発熱体を電源装置と温度コントローラに接続します。アセトンで満たされたビーカーにシリコンシリコン酸化ウエハーから1センチメートルの正方形を水没させ、ビーカーを超音波クリーナーに入れます。10分後、一対のピンセットを使用してビーカーからウエハを取り除き、イソプロパノールでリンスし、窒素銃を使用してウエハを乾燥させます。次に、結晶の一部を慎重に取り出し、半導体グレードの粘着テープの上に置きます。2枚目の粘着テープを取り、クリスタルを保持する最初のテープにしっかりと押し付けます。テープの2枚を剥がし、数回繰り返し、多くの薄い結晶片を生成します。薄い2D結晶を付けた粘着テープを、清潔で取り付けたての基板に押し付け、その結晶が基板に直接接触し、テープを剥がして剥離したフレークを基板に残します。残留接着剤を除去するには、得られたサンプルをアセトンで満たされたビーカーに入れます。10分後、サンプルを取り出し、イソプロパノールですすいで、窒素銃で乾燥させます。剥離フレークを光学顕微鏡で調べ、基板との光のコントラストを評価して厚さを推定します。次に、AFM をタッピング モードで使用して、表面の形態をよりよく定量し、フレーク厚さを測定します。ポリメチルメタクリレートフィルムを付けてガラススライド上の結晶を剥離することにより、転写手順のための上部基板を準備します。先に示したようにクリーンな基板を得た後、スピンコーターの上に基板を置き、ポリビニルアルコールでそれをカバーします。基板を3,000RPMで1分間回転し、厚さ約450ナノメートルの層を作製する。その後、基板をホットプレートに直接置き、75°Cで5分間焼きます。冷めたら、基板をスピンコーターに戻し、ポリメチルメタクリレートで覆います。820ナノメートルの厚さのPMMA層を1,500 RPMで基板に1分間塗布する。スピンコーティングの後、基板をホットプレートに戻し、75°Cで焼きます。5分後、ホットプレートから基板を取り出し、粘着テープを端に沿って置き、テープフレームを作成します。次に、前のセクションに示すように、2D結晶をPMMA表面に機械的に剥離する。鋭利なピンセットを使用してPMMAをPVAから分離し、テープフレームをゆっくりと剥がします。PMMA層および剥離結晶は、テープフレームとともに、シリコン酸化ウェハ基板内のPVAから剥離する。次に、テープフレームを反転し、それを加工されたサポートに置き、結晶が下向きになるようにします。サンプルを光学顕微鏡の下に置き、鋭利なピンセットを使用して小さなワッシャーをPMMAフィルムに正確に配置し、望ましいフレークを取り囲みます。次いで、ガラススライドを下げ、露出したテープに押し付けてポリマーに接着する。準備した基板を転送設定の下段に配置します。この基板上で、目的のフレークの位置を特定します。このフレークは底の結晶になります。次に、上の基板を転送設定の上部基板ホルダーに配置します。低倍率の目的を使用して、底部の基板を焦点にし、目的のフレークを中央に配置します。目的で見られるまで、上の基板をゆっくりと下げます。次に、その横方向の位置と2つのフレークの回転位置を調整します。フレークが望ましい位置合わせに近づいたら、50倍の目的に切り替え、上部の基板を下げながら、フレークの位置合わせを調整します。次に、一度整列し、上部のフレークが完全に底フレークに接触するまで上の基板を下げる。接触は、色の急激な変化のために顕著である。接触が行われると、底部基板を75°Cに加熱し、底部基板へのPMMAの密着性を向上させます。PMMA は、ガラス スライドから取り外されます。次に、底部の基板を洗浄してPMMAフィルムを除去する。フレーク転写のスタンピング方式を使用するには、まず基板を転送設定の下段に配置する。この基板上で、望ましいフレークの位置を特定し、底面結晶になります。次に、上の基板を転写セットアップのホルダーに入れ、底部の基板を摂氏100度に加熱します。次に、一直線に並べ、上の結晶を底のフレークに接触させる。2つのフレーク間に完全に接触したら、ゆっくりと上の基板を上げます。これにより、スタンプから下部基板への上部フレークのドロップオフが生じます。レニウムジスルフィドの結晶は、明確に定義されたエッジを持つ細長いバーとして機械的に剥離するため、角度アライメントを実証するのに理想的です。ここでは、このビデオに示すPDMSスタンプ法を用いて、上片を底面結晶に対して75度の角度で配置した。原子間力顕微鏡を用いて、上面と下のフレークの間のねじれ角を正確に測定した。PMMA PVA手順を用いて、二硫化モリブデンの2つの単層フレークからなる構造を作り出すために、転送セットアップが成功した。個々の単層は、PMMAおよびシリコン二酸化ケイ素上に剥離してここに示されている。実演した手順は、光学顕微鏡を通してここに示す構造をもたらす。積層単層の厚みや相対位置などの詳細は、AFMを用いて確認することができる。この手順の最も重要な部分は、フレークの横方向および回転の位置合わせです。他の伝達方法が存在し、それらは同様のプロトコルに従い、異なるポリマーおよび二次元結晶は、特定の構造を製造するために使用することができる。そしてもちろん、追加の洗浄方法は、手付かずの結晶表面およびインターフェースを確保するために使用することができる。PMMA、アセトンなどの薬品を使用する場合は、適切な個人用保護具を着用し、ヒュームフードなどの換気の良い環境で手順を実行してください。

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

ファイバー描画法を用いたメタマテリアルの作製

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

多粒子フォノン閉じ込めモデルとラマン分光法を用いて、ナノ結晶のサイズ分布の特性

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

成長と静電/化学特性の金属/そこで3/SrTiO3ヘテロ構造

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

作製と Van Der waals 力ヘテロエピタキシーに基づくフレキシブル強誘電性要素の測定法

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

ブラシのような反応性表面を加工し、アズラクトン官能基化ブロック共重合体の架橋膜

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

ワンステップ連続湿式エッチング法によって異なる幾何学的なセクションのポリジメチルシロキサン マイクロ流路の加工方法

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

229mThの研究のための同位位板純粋な229Thイオンビームの準備

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

紫外発光ダイオード用ナノパターンサファイア基板上のAlNフィルムのグラフェン支援準ファンデルワールスエピタキシー

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

コストジェットを用いた冷気圧プラズマによる表面の処理

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