Name: fabricating van der waals heterostructures with precise rotational alignment
Uploaded: 2019-07-05T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabricating van der Waals Heterostructures with Precise Rotational Alignment at JoVE.com

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

1. instrumentering for overførings prosedyren
<ol><li>For å visualisere overføringsprosessen, bruk en optisk mikroskop som kan operere under lys-feltet belysning. Siden de typiske størrelsene på 2D-krystallene er 1 – 500 μm2, utstyre mikroskopet med 5x, 50x og 100 ganger lang arbeidsavstand mål. Mikroskopet må også utstyres med et kamera som kobles til en datamaskin (figur 1a).</li>
	<li>Bruk separate manipulators for å styreposisjonen til de to krystallene som skal ...

<ol>
	<li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electric+Field+Effect+in+Atomically+Thin+Carbon+Films.">Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films.</a> Science. 306 (5696), 666 (2004).</li><li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+atomic+crystals.">Two-dimensional atomic crystals.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (30), 10451 (2005).</li><li>Zhang, Y., Tan, Y. -. W., Stormer, H. L., Kim, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+observation+of+the+quantum+Hall+effect+and+Berry&#39;s+phase+in+graphene.">Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry&#39;s phase in graphene.</a> Nature. 438, 201 (2005).</li><li>Geim, A. K., Van Grigorieva, I. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Van+der+Waals+heterostructures.">Van der Waals heterostructures.</a> Nature. 499, 419 (2013).</li><li>Song, J. C. W., Gabor, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+quantum+metamaterials+in+van+der+Waals+heterostructures.">Electron quantum metamaterials in van der Waals heterostructures.</a> Nature Nanotechnology. 13 (11), 986-993 (2018).</li><li>Jin, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+dynamics+in+van+der+Waals+heterostructures.">Ultrafast dynamics in van der Waals heterostructures.</a> Nature Nanotechnology. 13 (11), 994-1003 (2018).</li><li>Rivera, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interlayer+valley+excitons+in+heterobilayers+of+transition+metal+dichalcogenides.">Interlayer valley excitons in heterobilayers of transition metal dichalcogenides.</a> Nature Nanotechnology. 13 (11), 1004-1015 (2018).</li><li>Lu, C. -. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local,+global,+and+nonlinear+screening+in+twisted+double-layer+graphene.">Local, global, and nonlinear screening in twisted double-layer graphene.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , 201606278 (2016).</li><li>Luican-Mayer, A., Li, G., Andrei, E. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+scale+characterization+of+mismatched+graphene+layers.">Atomic scale characterization of mismatched graphene layers.</a> Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 219, 92-98 (2017).</li><li>Frisenda, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+progress+in+the+assembly+of+nanodevices+and+van+der+Waals+heterostructures+by+deterministic+placement+of+2D+materials.">Recent progress in the assembly of nanodevices and van der Waals heterostructures by deterministic placement of 2D materials.</a> Chemical Society Reviews. 47 (1), 53-68 (2018).</li><li>Ribeiro-Palau, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Twistable+electronics+with+dynamically+rotatable+heterostructures.">Twistable electronics with dynamically rotatable heterostructures.</a> Science. 361 (6403), 690-693 (2018).</li><li>Kim, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=van+der+Waals+Heterostructures+with+High+Accuracy+Rotational+Alignment.">van der Waals Heterostructures with High Accuracy Rotational Alignment.</a> Nano Letters. 16 (3), 1989-1995 (2016).</li><li>Cao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unconventional+superconductivity+in+magic-angle+graphene+superlattices.">Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices.</a> Nature. 556 (7699), 43 (2018).</li><li>Luican, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-layer+behavior+and+its+breakdown+in+twisted+graphene+layers.">Single-layer behavior and its breakdown in twisted graphene layers.</a> Physical review letters. 106 (12), 126802 (2011).</li><li>Li, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+Van+Hove+singularities+in+twisted+graphene+layers.">Observation of Van Hove singularities in twisted graphene layers.</a> Nature Physics. 6 (2), 109 (2010).</li><li>Castellanos-Gomez, A., van der Zant, H. S. J., Steele, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folded+MoS2+layers+with+reduced+interlayer+coupling.">Folded MoS2 layers with reduced interlayer coupling.</a> Nano Research. 7 (4), 572-578 (2014).</li><li>van der Zande, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tailoring+the+Electronic+Structure+in+Bilayer+Molybdenum+Disulfide+via+Interlayer+Twist.">Tailoring the Electronic Structure in Bilayer Molybdenum Disulfide via Interlayer Twist.</a> Nano Letters. 14 (7), 3869-3875 (2014).</li><li>Huang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+the+Interlayer+Coupling+of+Twisted+Bilayer+MoS2+Using+Photoluminescence+Spectroscopy.">Probing the Interlayer Coupling of Twisted Bilayer MoS2 Using Photoluminescence Spectroscopy.</a> Nano Letters. 14 (10), 5500-5508 (2014).</li><li>Liu, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+of+interlayer+coupling+in+twisted+molybdenum+disulfide+bilayers.">Evolution of interlayer coupling in twisted molybdenum disulfide bilayers.</a> Nature Communications. 5, 4966 (2014).</li><li>Cao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlated+insulator+behaviour+at+half-filling+in+magic-angle+graphene+superlattices.">Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices.</a> Nature. 556, 80 (2018).</li><li>. Tuning superconductivity in twisted bilayer graphene Available from: <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1808.07865">https://arxiv.org/abs/1808.07865</a> (2018)</li><li>Blake, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Making+graphene+visible.">Making graphene visible.</a> Applied Physics Letters. 91 (6), 063124 (2007).</li><li>Lin, Y. -. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Layer+ReS2:+Two-Dimensional+Semiconductor+with+Tunable+In-Plane+Anisotropy.">Single-Layer ReS2: Two-Dimensional Semiconductor with Tunable In-Plane Anisotropy.</a> ACS Nano. 9 (11), 11249-11257 (2015).</li><li>Chenet, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-Plane+Anisotropy+in+Mono-+and+Few-Layer+ReS2+Probed+by+Raman+Spectroscopy+and+Scanning+Transmission+Electron+Microscopy.">In-Plane Anisotropy in Mono- and Few-Layer ReS2 Probed by Raman Spectroscopy and Scanning Transmission Electron Microscopy.</a> Nano Letters. 15 (9), 5667-5672 (2015).</li><li>Masubuchi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Autonomous+robotic+searching+and+assembly+of+two-dimensional+crystals+to+build+van+der+Waals+superlattices.">Autonomous robotic searching and assembly of two-dimensional crystals to build van der Waals superlattices.</a> Nature Communications. 9 (1), 1413 (2018).</li><li>Ling, X., Wang, H., Huang, S., Xia, F., Dresselhaus, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+renaissance+of+black+phosphorus.">The renaissance of black phosphorus.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (15), 4523-4530 (2015).</li><li>Huang, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Layer-dependent+ferromagnetism+in+a+van+der+Waals+crystal+down+to+the+monolayer+limit.">Layer-dependent ferromagnetism in a van der Waals crystal down to the monolayer limit.</a> Nature. 546, 270 (2017).</li><li>Kim, H. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One+Million+Percent+Tunnel+Magnetoresistance+in+a+Magnetic+van+der+Waals+Heterostructure.">One Million Percent Tunnel Magnetoresistance in a Magnetic van der Waals Heterostructure.</a> Nano Letters. 18 (8), 4885-4890 (2018).</li></ol>

Den hjem-bygget overføring oppsett som presenteres her tilbyr en metode for å bygge romanen lagdelte materialer med både lateral og roterende kontroll. Sammenlignet med andre løsninger som er beskrevet i litteraturen10,25, vårt system krever ikke kompleks infrastruktur, men det oppnår målet om kontrollert justering av 2D krystaller.
Det mest kritiske trinnet i prosedyren er at for å samkjøre og plassere den øverste krystallen...

Forskning i det spirende feltet av todimensjonale (2D) materialer begynte etter at forskerne utviklet en teknikk som aktiverte isolasjonen av grafen1,2,3 (en atomically flat ark av karbonatomer) fra Grafitt. Grafen er medlem av en større klasse med lagdelte 2D-materialer, også referert til som Van der Waals materialer eller krystaller. De har sterke kovalente intralayer binding og svake Van der Waals mellomlag kopling. Derfor kan teknikken for å isolere grafen fra grafitt også brukes på andre 2D-materialer der man kan bryte de svake mellomlag obligasjoner og isolere enkelt lag. En viktig utvikling i feltet var demonstrasjonen at akkurat som Van der Waals obligasjoner holder tilstøtende lag av to-dimensjonale materialer sammen kan brytes, kan de også bli satt sammen igjen2,4. Derfor kan krystaller av 2D materialer lages ved controllably stabling sammen lag av 2D materialer med distinkte egenskaper. Dette påvirket en stor del av interesse, som materialer tidligere inexistent i naturen kan skapes med mål om enten avdekke tidligere utilgjengelige fysiske fenomener4,5,6,7 ,8,9 eller utvikle overlegne enheter for teknologi applikasjoner. Derfor har presis kontroll over stabling 2D materialer har blitt en av de viktigste målene i forskningen feltet10,11,12.
Spesielt var Twist vinkelen mellom tilstøtende lag i Van der Waals heterostructures vist å være en viktig parameter for å kontrollere materialets egenskaper13. For eksempel, i noen vinkler, kan innføringen av en relativ vridning mellom tilstøtende lag effektivt elektronisk koble de to lagene. Dette ble studert både i grafen14,15 , så vel som i overgangen metaldichalcogenides 16,17,18,19. Mer nylig ble det overraskende funnet at det kan også endre tilstanden av materie av disse materialene. Oppdagelsen av at bilayer grafen orientert på en "magisk vinkel" oppfører seg som en Mott isolator ved lave temperaturer og til og med en superleder når elektron tettheten er riktig innstilt har skapt stor interesse og en realisering av viktigheten av kantete kontroll Når fabrikere lagdelte Van der Waals heterostructures13,20,21.
Motivert av de vitenskapelige mulighetene åpnet opp av ideen om tuning egenskapene til romanen Van der Waals materialer ved å justere den relative orientering mellom lagene, presenterer vi en hjemmelaget instrument sammen med prosedyren for å lage slike strukturer med kantete kontroll.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>5X objective lens</td>
			<td>Nikon Metrology</td>
			<td>MUE12050</td>
			<td>23.5 mm working distance and 0.15 numerical aperture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50X objective lens</td>
			<td>Nikon Metrology</td>
			<td>MUE21500</td>
			<td>19 mm working distance and 0.4 numerical aperture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100X objective lens</td>
			<td>Nikon Metrology</td>
			<td>MUE21900</td>
			<td>4.5 mm working distance and 0.8 numerical aperture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>270725</td>
			<td>Purity &#8805;99.90%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adhesive tape</td>
			<td>Ultron Systems, Inc.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anisole</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atomic force microscope</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>Dimension Icon</td>
			<td>We typicall use the ScanAsyst mode</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bottom stage rotation manipulator</td>
			<td>Zaber Technologies</td>
			<td>X-RSW60A-PTB2</td>
			<td>360&#176; travel with step size of 4.091 &#956;rad</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bottom stage X manipulator</td>
			<td>Zaber Technologies</td>
			<td>X-LSM025A-PTB2</td>
			<td>25 mm travel with step size of 47.625 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bottom stage Y manipulator</td>
			<td>Zaber Technologies</td>
			<td>X-LSM025A-PTB2</td>
			<td>25 mm travel with step size of 47.625 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bottom stage Z manipulator</td>
			<td>Zaber Technologies</td>
			<td>X-VSR40A-KX14A</td>
			<td>40 mm travel with step size of 95.25 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>563935</td>
			<td>Purity 99.999%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabVIEW software</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Macor</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8489K238</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope camera</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>426555-0000-000</td>
			<td>5 megapixel, 47 fps live frame rate, exposure time of 100 &#956;s - 2 s, color camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Molybdenum disulfide (MoS2)</td>
			<td>HQ Graphene</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical breadboard</td>
			<td>Thorlabs, Inc.</td>
			<td>MB4545/M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical microscope</td>
			<td>Nikon Metrology</td>
			<td>LV150N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen plasma etcher</td>
			<td>Plasma Etch, Inc.</td>
			<td>PE-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PDMS stamp</td>
			<td>Gel-Pak</td>
			<td>PF-20-X4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMMA 950 A6</td>
			<td>MichroChem Corp.</td>
			<td>M230006 0500L1GL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene carbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>389021-100g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVA Partall #10</td>
			<td>Composites Canada</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhenium disulfide (ReS2)</td>
			<td>HQ Graphene</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Si/SiO2 substrate</td>
			<td>Nova Electronics Materials</td>
			<td>HS39626-OX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin coater</td>
			<td>Laurell Technologies</td>
			<td>WS-650-23</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature controller</td>
			<td>Auber Instruments</td>
			<td>SYL-23X2-24</td>
			<td>Controls the temperature of the bottom stage via a J type thermocouple</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Top stage controller unit</td>
			<td>Mechonics</td>
			<td>CF.030.0003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Top stage X manipulator</td>
			<td>Mechonics</td>
			<td>MS.030.1800</td>
			<td>18 mm travel with step size of 11 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Top stage Y manipulator</td>
			<td>Mechonics</td>
			<td>MS.030.1800</td>
			<td>18 mm travel with step size of 11 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Top stage Z manipulator</td>
			<td>Mechonics</td>
			<td>MS.030.3000</td>
			<td>30 mm travel with step size of 11 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic bath</td>
			<td>Elma Schmidbauer GmbH</td>
			<td>Elmasonic P 30 H</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabricating van der waals heterostructures with precise rotational alignment

I dette arbeidet beskriver vi en teknikk for å lage nye krystaller (van der Waals heterostructures) ved å stable distinkte ultratynne lagdelte 2D-materialer. Vi viser ikke bare lateral kontroll, men viktigst, også kontroll over kantete justering av tilstøtende lag. Kjernen i teknikken er representert ved en hjemmelaget overføring oppsett som tillater brukeren å kontrollere plasseringen av de enkelte krystaller som er involvert i overføringen. Dette oppnås med sub-mikrometer (translational) og sub-graders (kantete) presisjon. Før stable dem sammen, de isolerte krystaller er individuelt manipulert av spesialdesignede bevegelige stadier som styres av et programmert programvaregrensesnitt. Videre, siden hele overføringen oppsettet er datamaskinen styres, kan brukeren eksternt opprette presise heterostructures uten å komme i direkte kontakt med overføringen oppsett, merking denne teknikken som "Hands-Free". I tillegg til å presentere overførings oppsettet, beskriver vi også to teknikker for å forberede krystallene som deretter stables.

For å illustrere utfallet og effektiviteten av vår prosedyre presenterer vi en sekvens av vinkel-kontrollerte stabler av rhenium disulfide (ReS2) tynne krystaller. For å understreke at den beskrevne metoden kan også anvendes på atomically tynne lag, vi også eksempler på bygging av to relativt vridd monolagere av molybden disulfide (MoS2).
For å demonstrere vinkel justerings egenskapene til overføri...

Watch this Scientific Journal Video about Fabricating van der Waals Heterostructures with Precise Rotational Alignment at JoVE.com

Fabricating van der Waals Heterostructures with Precise Rotational Alignment

I dette arbeidet beskriver vi en teknikk som brukes til å lage nye krystaller (van der Waals heterostructures) ved å stable ultratynne lagdelte 2D-materialer med presis kontroll over posisjon og relativ orientering.

Fabrikere Van der Waals Heterostructures med presis rotasjons justering

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

Denne protokollen åpner for etablering av materialer som tidligere ikke var eksisterende i naturen, med mål om å avdekke tidligere utilgjengelige fysiske fenomener eller utvikle overlegne enheter for teknologiske applikasjoner. Den største fordelen med denne teknikken er at utstyret kan betjenes eksternt og i en miljøkontroll, og dette kan redusere risikoen for manuell feil, og også det kan forbedre prøven renslighet. Videre er systemet utstyrt med et rotasjonsstadium, og dette gjør at brukeren kan nå sub-grad kantete justering mellom de to flakene.Mens vi arbeider med tynne krystaller og små overflatearealer, kan identifisering av en passende størrelse flak være utfordrende for det utrente øyet. I tillegg kan krystallens lille størrelse lett føre til feiljustering under overføringsprosedyren. Derfor anbefales det å utføre disse trinnene omhyggelig.Mange trinn i protokollen har spesielle detaljer som er vanskelige å forklare, men de er mye enklere å følge når de presenteres visuelt. For å visualisere overføringsprosessen, bruk et optisk mikroskop som kan operere under lysfeltbelysning. Utstyr mikroskopet med mål på 5x, 50x og 100x langdistanse.Mikroskopet må også være utstyrt med et kamera som kobles til en datamaskin. Utstyr to separate manipulatorer, vist her, for å individuelt kontrollere plasseringen av krystallene. Fremstille tilpassede prøveholdere som kan støtte et glasssklie.Denne prøveholderen vil bli brukt til å plassere den øverste krystallen. For de nederste manipulatorene, plasser et flatt varmeelement i en maskinert glasskeramisk holder og fest den til det roterende stadiet. Deretter kobler du varmeelementet til en strømforsyning og en temperaturregulator.Senk en en-til-en-centimeter firkant fra en silisium silisiumoksidwafer i et beger fylt med aceton og legg deretter begeret i en ultralydsvasker. Etter 10 minutter, bruk et par pinsett for å fjerne wafer fra begeret og skyll den med isopropanol, tørk deretter waferen ved hjelp av en nitrogenpistol. Deretter fjerner du forsiktig en del av krystallen og legger den på et stykke halvleder-grade tape.Ta et annet stykke tape og trykk den godt mot den første tapen som holder krystallen. Skrell bort de to stykkene tape, gjenta flere ganger, for å produsere mange tynne biter av krystall. Trykk teipen med de tynne 2D-krystallene på et nyrengjort substrat, slik at krystallen er i direkte kontakt med underlaget og skrelle bort båndet for å etterlate eksfolierte flak på underlaget.For å fjerne eventuelle gjenværende lim, legg den resulterende prøven i et beger fylt med aceton. Etter 10 minutter, fjern prøven, skyll med isopropanol og tørk med en nitrogenpistol. Undersøk de eksfolierte flakene ved hjelp av et optisk mikroskop for å estimere tykkelsen ved å vurdere flakets optiske kontrast med underlaget.Deretter bruker du AFM i tappemodus for å kvantifisere overflatemorfologien bedre og måle flaketykkelsen. Forbered toppsubstratet for overføringsprosedyren ved å eksfoliere krystallen på et glasssklie med en vedlagt polymetylmetakrylatfilm. Etter å ha fått et rent substrat som tidligere vist, plasser substratet på et spin-belegg og dekk det med polyvinylalkohol.Spinn underlaget ved 3 000 o/min i ett minutt for å produsere et lag som er ca. 450 nanometer tykt. Deretter plasserer du underlaget direkte på en kokeplate og baker det avdekket ved 75 grader Celsius i fem minutter. Når det er avkjølt, legg underlaget tilbake på spin coater og dekk det med polymetylmetakrylat.Spinn frakk en 820-nanometer-tykk lag av PMMA på underlaget på 1, 500 RPM i ett minutt. Etter spin belegg, plasser substratet tilbake på kokeplaten og bake den avdekket på 75 grader Celsius. Etter fem minutter, fjern underlaget fra kokeplaten og legg biter av tape langs kantene for å lage en taperamme.Deretter eksfolierer mekanisk en 2D-krystall på PMMA-overflaten som vist i forrige avsnitt. Bruk et skarpt par pinsett til å skille PMMA fra PVA, sakte peeling tilbake taperammen. PMMA-laget og eksfoliert krystall, sammen med taperammen, vil løsne fra PVA i silisium-oksid-wafer-substratet.Deretter inverterer du båndrammen og plasserer den på en besk hjelp slik at krystallen vender nedover. Plasser prøven under et optisk mikroskop og bruk et par skarpe pinsett til å plassere en liten skive nøyaktig på PMMA-filmen slik at den omgir ønsket flak. Deretter senker du et glasssklie og fester den til polymeren ved å trykke den mot det eksponerte båndet.Plasser det forberedte underlaget nederst i overføringsoppsettet. På dette substratet identifiserer du posisjonen til ønsket flak. Dette flaket vil bli den nederste krystallen.Plasser deretter toppunderlaget i toppsubstratholderen for overføringsoppsettet. Bruk et lavt forstørrelsesmål, ta bunnsubstratet i fokus og sentrer ønsket flak. Senk sakte toppsubstratet til det kan ses av målet.Juster deretter sideposisjonen og rotasjonsjusteringen av de to flakene. Når flakene er nær å være justert etter ønske, bytt til et 50x mål og fortsett å senke toppsubstratet, mens du justerer flakejusteringen. Deretter, når justert, senk toppsubstratet til toppflaket helt kontakter bunnflaket.Kontakten er merkbar på grunn av en plutselig endring av farge. Når kontakt er gjort, varme bunnsubstratet til 75 grader Celsius for bedre vedheft av PMMA til bunnsubstratet. PMMA vil løsne fra glasssklien.Rengjør deretter bunnsubstratet for å fjerne PMMA-filmen. Hvis du vil bruke stemplingsmetoden for fluggoverføring, må du først plassere underlaget på den nederste fasen av overføringsoppsettet. På dette substratet, identifiser posisjonen til ønsket flak, som vil være den nederste krystallen.Deretter plasserer du toppsubstratet i innehaveren av overføringsoppsettet og varmes opp bunnunderlaget til 100 grader Celsius. Deretter justerer og bringer den øverste krystallen i kontakt med bunnflaket. Når fullstendig kontakt er gjort mellom de to flakene, løft sakte toppsubstratet.Dette resulterer i frafall av toppflaket fra stempelet til bunnsubstratet. Krystaller av rhenium disulfid er ideelle for å demonstrere kantete justering, fordi det mekanisk exfoliates som langstrakte barer med veldefinerte kanter. Her ble den øverste flaket plassert i en 75 graders vinkel til bunnkrystallen ved hjelp av PDMS-stemplingsmetoden som vises i denne videoen.Atomkraftmikroskopi ble brukt til å måle vrivinkelen mellom de øverste og nederste flakene. Ved hjelp av PMMA PVA-prosedyren ble overføringsoppsettet vellykket brukt til å lage en struktur bestående av to monolayer flak av molybdendisulfid. De enkelte monolayers er vist her eksfoliert på PMMA og silisium silisium-dioksid.Den demonstrerte prosedyren resulterer i strukturen som vises her gjennom et optisk mikroskop. Flere detaljer, for eksempel tykkelsen og den relative posisjonen til det stablede monolayeret, kan bekreftes ved hjelp av AFM. De viktigste delene av denne prosedyren er lateral og rotasjonsjustering av flakene.Andre overføringsmetoder finnes, og de følger en lignende protokoll, og forskjellige polymerer og todimensjonale krystaller kan brukes til å dikte opp bestemte strukturer. Og selvfølgelig kan flere rengjøringsmetoder brukes til å sikre uberørte krystalloverflater og grensesnitt. Når du bruker kjemikalier som PMMA, aceton og andre, må du ha på deg riktig personlig verneutstyr og utføre trinnene i et godt ventilert miljø, for eksempel en røykhette.

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

Fabrikkere Metamaterials Bruke Fiber Tegning Method

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

Karakterisering av nanocrystal Størrelsesfordeling ved hjelp av Raman spektroskopi med en Multi-partikkel Phonon Confinement 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

Vekst og elektrostatiske/kjemiske egenskaper av metall/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide ...

A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy

En fabrikasjon og målemetode gir et fleksibelt Ferroelectric basert på Van Der Waals Heteroepitaxy

Flexible non-volatile memories have received much attention as they are applicable for portable smart electronic device in the future, relying on ...

Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers

Fabrikere reaktive overflater med børste som og krysskoblet filmer av Azlactone-Functionalized blokk co polymerer

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl ...

One-Step Approach to Fabricating Polydimethylsiloxane Microfluidic Channels of Different Geometric Sections by Sequential Wet Etching Processes

Ett-trinns tilnærming til fabrikasjon Polydimethylsiloxane Microfluidic kanaler med ulike geometriske deler av sekvensiell våt etsing prosesser

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

Klargjøre en Isotopically Pure 229th ion Beam for studier av 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

Grafenassistert Quasi-van der Waals Epitaxy av AlN Film på Nano-mønstret Sapphire Substrat for ultrafiolett lys emitting dioder

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

Behandle overflater med et kaldt atmosfærisk trykkplasma ved hjelp av COST-Jet

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