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

Os autores reconhecem o financiamento da Universidade de Ottawa e NSERC Discovery Grant RGPIN-2016-06717 e NSERC SPG QC2DM.

1. instrumentação para o procedimento de transferência
<ol><li>A fim Visualizar o processo de transferência, utilize um microscópio ótico que possa operar-se a iluminação do brilhante-campo. Uma vez que os tamanhos típicos dos cristais 2D são 1 – 500 μm2, equipar o microscópio com 5x, 50x, e 100x longa distância de trabalho objetivos. O microscópio também deve ser equipado com uma câmera que se conecta a um computador (Figura 1a).</li>
	<li>Use manipuladores se...

<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>

A configuração de transferência construída em casa apresentada aqui oferece um método para a construção de novos materiais em camadas com controle lateral e rotativo. Comparado a outras soluções descritas na literatura10,25, nosso sistema não requer infraestrutura complexa, mas atinge o objetivo de alinhamento controlado de cristais 2D.
O passo mais crítico no procedimento é o de alinhar e colocar o cristal superior em cont...

A pesquisa no campo florescente de materiais bidimensionais (2D) começou depois que os pesquisadores desenvolveram uma técnica que permitiu o isolamento de grafeno1,2,3 (uma folha atomicamente plana de átomos de carbono) de Grafite. Graphene é um membro de uma classe maior de materiais 2D mergulhados, igualmente referidos como materiais ou cristais de Van der Waals. Têm a ligação covalente forte do intralayer e o acoplamento fraco do interlayer de Van der Waals. Portanto, a técnica para isolar grafeno de grafite também pode ser aplicada a outros materiais 2D, onde se pode quebrar as ligações interlayer fracas e isolar camadas únicas. Um desenvolvimento chave no campo era a demonstração que apenas como as ligações de Van der Waals que prendem camadas adjacentes de materiais bidimensionais junto podem ser quebradas, podem igualmente ser põr para trás junto2,4. Conseqüentemente, os cristais de materiais 2D podem ser criados controllably empilhando junto camadas de materiais 2D com propriedades distintas. Isto estimulou uma grande quantidade de interesse, como materiais anteriormente inexistente na natureza pode ser criado com o objetivo de qualquer um descobrindo anteriormente inacessíveis fenômenos físicos4,5,6,7 , 8,9 ou desenvolvendo dispositivos superiores para aplicações tecnológicas. Portanto, ter um controle preciso sobre o empilhamento de materiais 2D tornou-se um dos principais objetivos do campo de pesquisa10,11,12.
Em particular, o ângulo de torção entre as camadas adjacentes em heteroestruturas de Van der Waals mostrou-se um parâmetro importante para controlar as propriedades do material13. Por exemplo, em alguns ângulos, a introdução de uma torção relativa entre camadas adjacentes pode efetivamente desacoplar eletronicamente as duas camadas. Isso foi estudado tanto no grafeno14,15 quanto no metal de transição vi16,17,18,19. Mais recentemente, foi surpreendentemente encontrado que ele também pode alterar o estado da matéria desses materiais. A descoberta que o grafeno do BICAMADA orientado em um "ângulo mágico" comporta-se como um isolador de Mott em baixas temperaturas e mesmo em um supercondutor quando a densidade do elétron é ajustada corretamente provocou o grande interesse e uma realização da importância do controle angular Quando fabricando camadas de Van der Waals heteroestruturas13,20,21.
Motivado pelas oportunidades científicas abertas pela idéia de ajustar as propriedades dos materiais novos de Van der Waals ajustando a orientação relativa entre as camadas, nós apresentamos um instrumento Home-construído junto com o procedimento para criar tais estruturas com controle angular.

<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

Neste trabalho nós descrevemos uma técnica para criar cristais novos (heterostructures de Van der Waals) empilhando materiais 2D em camadas ultrafinos distintos. Nós demonstramos não somente o controle lateral mas, importante, igualmente controlam sobre o alinhamento angular de camadas adjacentes. O núcleo da técnica é representado por uma configuração de transferência construída em casa, que permite ao usuário controlar a posição dos cristais individuais envolvidos na transferência. Isto é conseguido com a precisão do secundário-micrômetro (translational) e do secundário-grau (angular). Antes de empilhá-los junto, os cristais isolados são manipulados individualmente por estágios moventes costume-projetados que são controlados por uma relação programada do software. Além disso, uma vez que toda a configuração de transferência é controlada por computador, o usuário pode criar remotamente heteroestruturas precisas sem entrar em contato direto com a configuração de transferência, rotulando esta técnica como "Hands-Free". Além de apresentar a transferência de set-up, também descrevemos duas técnicas para preparar os cristais que são posteriormente empilhados.

Para ilustrar os resultados e a eficácia de nosso procedimento nós apresentamos uma seqüência de pilhas ângulo-controladas de cristais finos do dissulfeto do rênio (res2). Para enfatizar que o método descrito também pode ser aplicado a camadas atomicamente finas, também exemplificamos a construção de duas monocamadas relativamente retorcidas de dissulfeto de molibdênio (MoS2).
Para demonstrar as...

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

Neste trabalho nós descrevemos uma técnica que seja usada para criar cristais novos (heterostructures de Van der Waals) empilhando materiais 2D mergulhados ultrafinos com controle preciso sobre a posição e a orientação relativa.

Fabricando Van der Waals Heterostructures com alinhamento rotativo preciso

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

Este protocolo permite a criação de materiais de natureza até então inexistente, com o objetivo de descobrir fenômenos físicos antes inacessíveis ou desenvolver dispositivos superiores para aplicações tecnológicas. A principal vantagem dessa técnica é que o equipamento pode ser operado remotamente e em um controle ambiental, e isso pode reduzir o risco de erro manual e também pode melhorar a limpeza da amostra. Além disso, o sistema é equipado com um estágio rotacional, e isso permite que o usuário alcance o alinhamento angular subfaturado entre os dois flocos.Como estamos trabalhando com cristais finos e pequenas áreas de superfície, a identificação de um floco de tamanho apropriado pode ser um desafio para o olho destreinado. Além disso, o tamanho pequeno do cristal pode facilmente levar ao desalinhamento durante o procedimento de transferência. Por isso, recomenda-se executar essas etapas meticulosamente.Muitos passos no protocolo têm detalhes particulares que são difíceis de explicar, mas são muito mais simples de seguir quando apresentados visualmente. Para visualizar o processo de transferência, utilize um microscópio óptico que possa operar sob iluminação de campo brilhante. Equipar o microscópio com objetivos de 5x, 50x e 100x de longa distância.O microscópio também deve ser equipado com uma câmera que se conecta a um computador. Equipar dois manipuladores separados, mostrados aqui, para controlar individualmente a posição dos cristais. Fabricar suportes de amostras personalizados que possam suportar um slide de vidro.Este suporte de amostra será usado para posicionar o cristal superior. Para os manipuladores inferiores, coloque um elemento de aquecimento plano em um suporte de cerâmica de vidro usinado e fixe-o ao estágio rotativo. Em seguida, conecte o elemento de aquecimento a uma fonte de alimentação e um controlador de temperatura.Submergir um quadrado de um por um centímetro de um wafer de óxido de silício em um béquer cheio de acetona e, em seguida, coloque o béquer em um limpador ultrassônico. Após 10 minutos, use um par de pinças para remover o wafer do béquer e enxágüe-o com isopropanol, em seguida, seque o wafer usando uma arma de nitrogênio. Em seguida, remova cuidadosamente uma parte do cristal e coloque-o em um pedaço de fita adesiva de nível semicondutor.Pegue um segundo pedaço de fita adesiva e pressione-a firmemente contra a fita inicial segurando o cristal. Retire as duas peças de fita, repetindo várias vezes, para produzir muitas peças finas de cristal. Pressione a fita adesiva com os cristais 2D finos em um substrato recém-limpo, de tal forma que o cristal esteja em contato direto com o substrato e retire a fita para deixar flocos esfoliados no substrato.Para remover qualquer adesivo residual, coloque a amostra resultante em um béquer cheio de acetona. Após 10 minutos, retire a amostra, enxágue com isopropanol e seque com uma arma de nitrogênio. Examine os flocos esfoliados usando um microscópio óptico para estimar sua espessura avaliando o contraste óptico do floco com o substrato.Em seguida, use AFM no modo de toque para quantificar melhor a morfologia da superfície e medir a espessura do floco. Prepare o substrato superior para o procedimento de transferência esfoliando o cristal em uma lâmina de vidro com uma filme de polimemetato anexado. Depois de obter um substrato limpo como mostrado anteriormente, coloque o substrato em um revestimento de spin e cubra-o com álcool polivinyl.Gire o substrato a 3.000 RPM por um minuto para produzir uma camada de aproximadamente 450 nanômetros de espessura. Em seguida, coloque o substrato diretamente sobre uma placa quente e asse-o descoberto a 75 graus Celsius por cinco minutos. Uma vez frio, coloque o substrato de volta no revestimento de giro e cubra-o com polimetilmetato.Gire uma camada de 820 nanômetros de espessura de PMMA no substrato a 1.500 RPM por um minuto. Após o revestimento de giro, coloque o substrato de volta na placa quente e asse-o descoberto a 75 graus Celsius. Após cinco minutos, remova o substrato da placa quente e coloque pedaços de fita adesiva ao longo de suas bordas para criar uma moldura de fita.Em seguida, esfolie mecanicamente um cristal 2D na superfície pmma, como mostrado na seção anterior. Use um par de pinças afiadas para separar o PMMA do PVA, lentamente descascando a moldura da fita. A camada PMMA e o cristal esfoliado, juntamente com a moldura da fita, se desprenderão do PVA no substrato de óxido de silício-wafer de silício.Em seguida, inverta a moldura da fita e coloque-a em um suporte usinado para que o cristal fique voltado para baixo. Coloque a amostra sob um microscópio óptico e use um par de pinças afiadas para colocar uma pequena arruela precisamente na película PMMA para que ela rodeia o floco desejado. Em seguida, abaixe uma lâmina de vidro e adere ao polímero pressionando-o contra a fita exposta.Coloque o substrato preparado no estágio inferior da configuração de transferência. Neste substrato, identifique a posição do floco desejado. Este floco se tornará o cristal inferior.Em seguida, coloque o substrato superior no suporte superior do substrato da configuração de transferência. Usando um objetivo de baixa ampliação, coloque o substrato inferior em foco e centralizar o floco desejado. Abaixe lentamente o substrato superior até que possa ser visto pelo objetivo.Em seguida, ajuste sua posição lateral e o alinhamento rotacional dos dois flocos. Quando os flocos estiverem próximos de serem alinhados conforme desejado, mude para um objetivo de 50x e continue a baixar o substrato superior, ao mesmo tempo em que ajusta o alinhamento do floco. Em seguida, uma vez alinhado, abaixe o substrato superior até que o floco superior entre em contato inteiramente com o floco inferior.O contato é perceptível devido a uma mudança repentina de cor. Quando o contato for feito, aqueça o substrato inferior a 75 graus Celsius para melhor adesão do PMMA ao substrato inferior. O PMMA se soltará do escorregador de vidro.Em seguida, limpe o substrato inferior para remover o filme PMMA. Para usar o método de carimbo de transferência de flocos, primeiro coloque o substrato no estágio inferior da configuração de transferência. Neste substrato, identifique a posição do floco desejado, que será o cristal inferior.Em seguida, coloque o substrato superior no suporte da configuração de transferência e aqueça o substrato inferior a 100 graus Celsius. Em seguida, alinhe e coloque o cristal superior em contato com o floco inferior. Uma vez feito contato completo entre os dois flocos, levante lentamente o substrato superior.Isso resulta na queda do floco superior do selo para o substrato inferior. Cristais de dissulfeto de rênio são ideais para demonstrar alinhamento angular, pois esfolia mecanicamente como barras alongadas com bordas bem definidas. Aqui, o floco superior foi colocado em um ângulo de 75 graus para o cristal inferior usando o método de carimbo PDMS mostrado neste vídeo.A microscopia de força atômica foi usada para medir precisamente o ângulo de torção entre os flocos superiores e inferiores. Utilizando o procedimento PMMA PVA, a configuração de transferência foi usada com sucesso para criar uma estrutura composta por dois flocos monocamadas de dissulfeto de molbdenum. As monocamadas individuais são mostradas aqui esfoliadas em PMMA e dióxido de silício.O procedimento demonstrado resulta na estrutura mostrada aqui através de um microscópio óptico. Mais detalhes, como a espessura e a posição relativa da monocamada empilhada podem ser confirmados usando AFM. As partes mais importantes deste procedimento são o alinhamento lateral e rotacional dos flocos.Outros métodos de transferência existem e seguem um protocolo semelhante, e diferentes polímeros e cristais bidimensionais podem ser usados para fabricar estruturas particulares. E, claro, métodos adicionais de limpeza podem ser usados para garantir superfícies e interfaces de cristal intocadas. Ao usar produtos químicos como PMMA, acetona e outros, certifique-se de usar os equipamentos de proteção individual adequados e realizar os passos em um ambiente bem ventilado, como um capuz de fumaça.

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

Os metamateriais usando o método de fabricação Desenho de Fibra

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

Engenharia

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

Caracterização de nanocristal Tamanho Distribution utilizando Espectroscopia Raman com um Multi-partícula Phonon Confinamento Modelo

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

Crescimento e eletrostático química/Propriedades de Metal/LaAlO3/SrTiO3 estende

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

Um método de medição para um elemento ferroelétrica flexível baseado em Heteroepitaxy de Van Der Waals e fabricação

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

Fabricação de superfícies reativas com escova, como filmes de quitosana de polímeros co bloco Azlactone-acrescida e

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

Abordagem de uma etapa para fabricar polidimetilsiloxano Microfluidic canais de diferentes seções geométricas por processos sequenciais gravura molhado

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

Preparando um feixe de íon 229th isotopicamente puro para estudos de 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

Quasi-van der Waals Estributivo assistido por grafeno de Filme aln em substrato de safira nano-padronizado para diodos emissores de luz ultravioleta

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

Tratando superfícies com um plasma de pressão atmosférica fria usando o CUSTO-Jet

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

Etalon Assembly and Fiber-Etalon Alignment

Etalon Assembly and Fiber-Etalon Alignment (Video) | JoVE 

Montagem Etalon e Alinhamento Fibra-Etalon