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

Авторы признают финансирование из Университета Оттавы и NSERC Discovery грант RGPIN-2016-06717 и NSERC SPG КК2DM.

1. Инструментирование для процедуры передачи
<ol><li>Для того, чтобы визуализировать процесс передачи, используйте оптический микроскоп, который может работать под освещением яркого поля. Так как типичные размеры 2D кристаллов 1-500 мкм2, оборудовать микроскоп с 5x, 50x, и 100x длинные рабоч...

<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>

Домашняя установка передачи представленная здесь предлагает метод для здания новых многослойных материалов с обоими боковыми и вращательными управлениями. По сравнению с другими решениями, описанными в литературе10,25, наша система не требует сложной ин...

Исследования в растущей области двумерных (2D) материалов начались после того, какисследователи разработали методику, которая позволила изоляцию графена 1,2,3 (атомарно плоский лист атомов углерода) от Графит. Графен является членом большего класса слоистых 2D материалов, также называемых ван дер Ваальс материалов или кристаллов. Они имеют сильные ковалентные внутрислойные связи и слабые ван дер Ваальс interlayer связи. Таким образом, метод изоляции графена из графита также может быть применен к другим 2D материалам, где можно разорвать слабые межслойные связи и изолировать одиночные слои. Одним из ключевых событий в этой области была демонстрация того, что так же, как ван дер Ваальс облигаций проведения смежных слоев двумерных материалов вместе могут быть сломаны, они также могут быть возвращены вместе2,4. Таким образом, кристаллы 2D материалов могут быть созданы путем управляемого укладки вместе слоев 2D материалов с различными свойствами. Это вызвало большой интерес, так как материалы, ранее несуществующие в природе,могут быть созданы с целью либо раскрытия ранее недоступных физических явлений 4,5,6,7 ,8,9 или разработка превосходных устройств для применения технологий. Поэтому наличие точного контроля над укладкой 2D материалов стало одной из главных целей в области исследований10,11,12.
В частности, угол поворота между соседними слоями в гетероструктурах ван дер Ваальса был показан важным параметром для контроля свойств материала13. Например, под некоторыми углами введение относительного поворота между соседними слоями может эффективно отделить два слоя. Это было изучено как в графене14,15, а также в переходных металлических дихалкогенидов16,17,18,19. Совсем недавно было удивительно установлено, что он также может изменить состояние материи этих материалов. Открытие, что двухслойный графен, ориентированный под «волшебным углом», ведет себя как изолятор Mott при низких температурах и даже сверхпроводник, когда плотность электронов правильно настроена, вызвало большой интерес и осознание важности углового управления при изготовлении слоистых гетероструктур ван дер Ваальса13,20,21.
Мотивированные научными возможностями, открываемыми идеей настройки свойств новых материалов van der Waals путем корректировки относительной ориентации между слоями, мы представляем самодельный инструмент вместе с процедурой создания таких структур с угловым управлением.

<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

В этой работе мы описываем технику создания новых кристаллов (гетероструктур ван дер Ваальса) путем укладки различных ультратонких слоистых 2D материалов. Мы демонстрируем не только боковой контроль, но и, что немаловажно, контроль над угловым выравниванием смежных слоев. Ядро техники представлено домашней передачей, которая позволяет пользователю контролировать положение отдельных кристаллов, участвующих в передаче. Это достигается с суб-микрометра (перевод) и суб-степени (угловой) точности. Перед укладкой их вместе, изолированные кристаллы индивидуально манипулируются специально разработанные этапы перемещения, которые контролируются запрограммированным интерфейсом программного обеспечения. Кроме того, поскольку вся настройка передачи контролируется компьютером, пользователь может удаленно создавать точные гетероструктуры, не вступая в непосредственный контакт с установкой передачи, помечая этот метод как "без рук". В дополнение к представлению передачи настройки, мы также описать два метода для подготовки кристаллов, которые впоследствии укладываются.

Чтобы проиллюстрировать результаты и эффективность нашей процедуры, мы представляем последовательность угловыхстеков дисульфида рения (ReS 2) тонких кристаллов. Чтобы подчеркнуть, что описанный метод также может быть применен к атомарно тонким слоям, мы также ил...

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

В этой работе мы описываем технику, которая используется для создания новых кристаллов (гетероструктур ван дер Ваальса) путем укладки ультратонких слоистых 2D материалов с точным контролем над положением и относительной ориентацией.

Изготовление гетероструктур ван дер Вааля с точным ротационным выравниванием

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

Этот протокол позволяет создавать материалы, ранее несуществующие в природе, с целью выявления ранее недоступных физических явлений или разработки превосходных устройств для технологических применений. Основным преимуществом этого метода является то, что оборудование может управляться удаленно и в области управления окружающей средой, и это может снизить риск ручной ошибки, а также может улучшить чистоту образца. Кроме того, система оснащена стадией вращения, что позволяет пользователю достичь суб-степени углового выравнивания между двумя хлопьями.Поскольку мы работаем с тонкими кристаллами и небольшими поверхностными участками, определение хлопья соответствующего размера может быть сложной задачей для неопытного глаза. Кроме того, небольшой размер кристалла может легко привести к нестолии во время процедуры передачи. Поэтому рекомендуется выполнить эти шаги скрупулезно.Многие шаги в протоколе имеют конкретные детали, которые трудно объяснить, но они гораздо проще следовать, когда представлены визуально. Для визуализации процесса передачи используйте оптический микроскоп, который может работать под ярко-полевым освещением. Оснастить микроскоп 5x, 50x и 100x междугородних целей.Микроскоп также должен быть оснащен камерой, которая подключается к компьютеру. Оборудуй два отдельных манипулятора, показанных здесь, чтобы индивидуально контролировать положение кристаллов. Изготовить пользовательские держатели образцов, которые могут поддерживать стеклянный слайд.Этот держатель образца будет использоваться для позиционирования верхнего кристалла. Для нижних манипуляторов поместите плоский нагревательный элемент в держатель из стеклянной керамики и прикрепите его к вращающейся сцене. Затем подключите нагревательный элемент к электроснабжению и температурный контроллер.Погрузив квадрат один на один из кремниевых вафель силиконового оксида в стакан, наполненный ацетоном, а затем поместите стакан в ультразвуковой очиститель. Через 10 минут используйте пару пинцетов, чтобы удалить из стакана и промыть его изопропанолом, а затем высушить с помощью азотной пушки. Затем аккуратно удалите часть кристалла и поместите его на кусок полупроводниковой клейкой ленты.Возьмите второй кусок клейкой ленты и твердо прижимать его к первоначальной ленты проведения кристалла. Очистите от двух кусков ленты, повторяя несколько раз, чтобы произвести много тонких кусочков кристалла. Нажмите клейкой лентой тонкими 2D кристаллами на свежеочищенные субстраты, так что кристалл находится в непосредственном контакте с субстратом и очистить ленту, чтобы оставить отшелушиваемые хлопья на субстрате.Чтобы удалить остаточный клей, поместите полученный образец в стакан, наполненный ацетоном. Через 10 минут снимите образец, промойте изопропанолом и высушите азотной пушкой. Изучите отшелушиваемые хлопья с помощью оптического микроскопа, чтобы оценить их толщину, оценив оптический контраст хлопья с субстратом.Затем используйте AFM в режиме нажатия, чтобы лучше количественно оценить морфологию поверхности и измерить толщину хлопья. Подготовьте верхний субстрат для процедуры переноса путем отшелушивания кристалла на стеклянной горке с прикрепленной полиметилметакрилатной пленкой. После получения чистого субстрата, как показано ранее, поместите субстрат на спиновое пальто и накройте его поливиниловый спирт.Спин субстрата при 3000 об/мин в течение одной минуты, чтобы произвести слой толщиной около 450 нанометров. Затем поместите субстрат прямо на горячую тарелку и выпекайте его при температуре 75 градусов по Цельсию в течение пяти минут. После охлаждения поместите субстрат обратно на спиновое пальто и накройте его полиметилметакрилатом.Спиновое покрытие 820-нанометрового слоя PMMA на субстрате при 1500 об/мин в течение одной минуты. После спина покрытия, поместите субстрат обратно на горячую тарелку и выпекать его обнаружили при температуре 75 градусов по Цельсию. Через пять минут снимите субстрат с горячей пластины и поместите кусочки клейкой ленты по ее краям, чтобы создать ленточный каркас.Затем механически отшелушивает 2D кристалл на поверхность PMMA, как показано в предыдущем разделе. Используйте острую пару пинцетов, чтобы отделить PMMA от PVA, медленно пилинг назад ленточный каркас. Слой PMMA и отшелушенный кристалл, наряду с лентой кадр, будет отделяться от PVA в кремниевых оксидов пластины субстрата.Затем инвертировать ленточный каркас и поместить его на облицовочных поддержки, так что кристалл сталкивается вниз. Поместите образец под оптический микроскоп и используйте пару острых пинцетов, чтобы поместить небольшую шайбу именно на пленку PMMA так, чтобы она окружала желаемую хлопья. Затем опустите стеклянную горку и приклейте ее к полимеру, прижав ее к открытой ленте.Поместите подготовленный субстрат на нижней стадии установки переноса. На этом субстрате определите положение желаемого хлопья. Эта хлопья станет нижним кристаллом.Затем поместите верхний субстрат в верхний держатель субстрата установки передачи. Используя цель низкого увеличения, привести нижний субстрат в фокус и центр желаемого хлопья. Медленно опустите верхний субстрат, пока его не будет видно по цели.Затем отрегулируйте его боковое положение и вращательное выравнивание двух хлопьев. Когда хлопья близки к выравниванию по желанию, переключитесь на цель 50x и продолжайте снижать верхний субстрат, регулируя выравнивание хлопьев. Затем, после выравнивания, опустите верхний субстрат до тех пор, пока верхняя хлопья полностью не свяжется с нижней хлопьями.Контакт заметен из-за внезапной смены цвета. При контакте нагрейте нижний субстрат до 75 градусов по Цельсию для лучшего при претензия PMMA к нижнему субстрату. PMMA отсоединится от стеклянной горки.Затем очистите нижний субстрат, чтобы удалить пленку PMMA. Для использования метода штамповки передачи хлопьев, сначала поместите субстрат на нижней стадии установки передачи. На этом субстрате определите положение желаемого хлопья, которое будет нижним кристаллом.Затем поместите верхний субстрат в держатель переноса установки и нагреть нижний субстрат до 100 градусов по Цельсию. Затем выровнять и привести верхний кристалл в контакт с нижней хлопья. После полного контакта между двумя хлопьями, медленно поднимите верхний субстрат.Это приводит к высадке верхней хлопья от штампа до нижнего субстрата. Кристаллы резульфида риниума идеально подходят для демонстрации углового выравнивания, так как механически отшелушивается как удлиненные бруски с четко определенными краями. Здесь верхняя хлопья была помещена под углом 75 градусов к нижнему кристаллу с помощью метода штамповки PDMS, показанного в этом видео.Атомная силовая микроскопия использовалась для точного измерения угла поворота между верхними и нижними хлопьями. Используя процедуру PMMA PVA, установка переноса была успешно использована для создания структуры, состоящей из двух монослойных хлопьев дисульфида молибдена. Отдельные монослойные показаны здесь отшелушивается на PMMA и кремния диоксида.Продемонстрирована процедура приводит к структуре, показанной здесь с помощью оптического микроскопа. Более подробная информация, такая как толщина и относительное положение уложенного монослойного, может быть подтверждена с помощью AFM. Наиболее важными частями этой процедуры являются боковое и вращательное выравнивание хлопьев.Существуют и другие методы передачи, и они следуют аналогичному протоколу, и различные полимеры и двумерные кристаллы могут быть использованы для изготовления конкретных структур. И, конечно, дополнительные методы очистки могут быть использованы для обеспечения нетронутых кристаллических поверхностей и интерфейсов. При использовании химических веществ, таких как PMMA, ацетон и другие, не забудьте носить надлежащее личное защитное оборудование и выполнять шаги в хорошо проветриваемой среде, таких как дым капот.

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

Изготовление метаматериалов с использованием метода вытяжки

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

Характеристика нанокристаллов распределении размеров с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния с нескольких частиц фононов конфайнмента модели

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

Рост и электростатической/химические свойства металлов/LaAlO3/SrTiO3 гетероструктурах

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

Изготовление и метод измерения для элемента гибкого сегнетоэлектриков, основанный на Heteroepitaxy ван-дер-Ваальса

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

Изготовления реактивных поверхностей с кисти как и высокоструктурированные фильмов совместно блок Azlactone функционализированных полимеров

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

Одноэтапный подход к фабрикации полидиметилсилоксан Microfluidic каналы различных геометрических секций путем последовательных мокрой офорт процессов

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

Подготовка изотопно Чистый 229Th Ion Луч для исследований 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

Графен-помощник Квази-ван дер Ваальс Эпитакси из AlN фильм на нано-узорчатый сапфир субстрат для ультрафиолетового света излучающих диодов

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

Обработка поверхностей плазмой холодного атмосферного давления с помощью COST-Jet

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