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

Författarna erkänner finansiering från University of Ottawa och NSERC Discovery Grant RGPIN-2016-06717 och NSERC SPG QC2DM.

1. instrumentering för överföringsförfarandet
<ol><li>För att visualisera överföringsprocessen, använda ett optiskt mikroskop som kan fungera under ljus-fältet belysning. Eftersom de typiska storlekarna på 2D-kristallerna är 1 – 500 μm2, utrusta mikroskopet med 5x, 50x och 100x långa arbets distans mål. Mikroskopet måste också utrustas med en kamera som ansluts till en dator (figur 1a).</li>
	<li>Använd separata manipulatorer för att individuellt kontrollera ...

<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 hembyggda transfer setup presenteras här erbjuder en metod för att bygga nya lager material med både lateral och rotationskontroll. Jämfört med andra lösningar som beskrivs i litteraturen10,25, vårt system kräver inte komplex infrastruktur, men det uppnår målet med kontrollerad anpassning av 2D-kristaller.
Det mest kritiska steget i förfarandet är att justera och placera den översta kristallen i kontakt med botten en. ...

Forskning inom det spirande området av tvådimensionella (2D) material började efter att forskarna utvecklat en teknik som möjliggjorde isolering av grafen1,2,3 (ett atomically Plant ark av kolatomer) från Grafit. Grafen är medlem i en större klass av 2D-material i lager, även kallat van der Waals material eller kristaller. De har starka kovalenta intralayer bindning och svaga van der Waals mellanlagret koppling. Därför kan tekniken för att isolera grafen från grafit också appliceras på andra 2D-material där man kan bryta de svaga mellanlagret-obligationerna och isolera enstaka skikt. En viktig utveckling på området var demonstrationen att precis som Van der Waals obligationer som håller angränsande skikt av tvådimensionella material tillsammans kan brytas, kan de också sättas tillbaka tillsammans2,4. Därför kan kristaller av 2D-material skapas genom att controllably stapla ihop skikt av 2D-material med distinkta egenskaper. Detta sporrade ett stort intresse, eftersom material som tidigare obefintlig i naturen kan skapas med målet att antingen avslöja tidigare otillgängliga fysikaliska fenomen4,5,6,7 ,8,9 eller utveckla överlägsna enheter för tekniska tillämpningar. Därför har exakt kontroll över stapling 2D-material blivit ett av de viktigaste målen i forskningsfältet10,11,12.
I synnerhet visade sig twist vinkeln mellan intilliggande skikt i van der Waals Halvledareheterostructures vara en viktig parameter för att kontrollera materialegenskaper13. Till exempel, vid vissa vinklar, kan införandet av en relativ vridning mellan intilliggande skikt effektivt elektroniskt frikoppla de två lagren. Detta studerades både i grafen14,15 as well as i övergång belägger med metall dichalcogenides16,17,18,19. På senare tid, det var förvånansvärt funnit att det också kan förändra tillståndet i fråga om dessa material. Upptäckten att lipidens grafen inriktad på en "magisk vinkel" beter sig som en mott isolator vid låga temperaturer och även en supraledare när elektrontätheten är korrekt trimmad har väckt stort intresse och ett förverkligande av vikten av den vinkelkontroll När fabricera lager van der Waals Halvledareheterostructures13,20,21.
Motiveras av de vetenskapliga möjligheter som öppnats upp av idén att trimma egenskaperna hos nya van der Waals material genom att justera den relativa orienteringen mellan lagren, presenterar vi ett hem-byggda instrument tillsammans med förfarandet för att skapa sådana strukturer med vinkelkontroll.

<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 detta arbete beskriver vi en teknik för att skapa nya kristaller (van der Waals heterostructures) genom att stapla distinkta ultratunna lager 2D-material. Vi visar inte bara lateral kontroll men, viktigare, också kontroll över vinkel anpassningen av intilliggande skikt. Kärnan i tekniken representeras av en hem-byggd överförings inställning som tillåter användaren att kontrollera placeringen av de enskilda kristallerna inblandade i överföringen. Detta uppnås med sub-mikrometer (translationell) och sub-grad (vinkel) precision. Före stapling dem tillsammans, isolerade kristaller är individuellt manipuleras av skräddarsydda rörliga stadier som styrs av en programmerad programvara gränssnitt. Dessutom, eftersom hela överföringen setup är datorstyrd, kan användaren på distans skapa exakta heterostrukturer utan att komma i direkt kontakt med överföringen setup, märkning denna teknik som "hands-free". Förutom att presentera överföring set-up, beskriver vi också två tekniker för att förbereda kristaller som därefter staplas.

För att illustrera resultaten och effektiviteten i vårt förfarande presenterar vi en sekvens av vinkel-kontrollerade stackar av rhenium disulfid (ReS2) tunna kristaller. För att betona att den beskrivna metoden också kan tillämpas på atomically tunna skikt, exemplifierar vi också byggandet av två relativt vridna enskiktslager av molybdendisulfid (MOS2).
För att demonstrera vinkeljustering kapacite...

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 detta arbete beskriver vi en teknik som används för att skapa nya kristaller (van der Waals heterostructures) genom att stapla ultratunna skiktade 2D-material med exakt kontroll över position och relativ orientering.

Fabricera van der Waals Heterostructures med exakt rotations justering

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

Detta protokoll möjliggör skapandet av material som tidigare obefintlig i naturen, med målet att avslöja tidigare otillgängliga fysiska fenomen eller utveckla överlägsna enheter för tekniska tillämpningar. Den största fördelen med denna teknik är att utrustningen kan manövreras på distans och i en miljökontroll, och detta kan minska risken för manuellt fel och även det kan förbättra provrensningen. Vidare är systemet utrustat med ett rotationsstadium, och detta gör det möjligt för användaren att nå subgrad vinkeljustering mellan de två flingorna.Eftersom vi arbetar med tunna kristaller och små ytor, identifiering av en lämplig storlek flinga kan vara utmanande för otränade ögat. Dessutom kan kristallens lilla storlek lätt leda till feljustering under överföringsförfarandet. Därför rekommenderas att utföra dessa steg minutiöst.Många steg i protokollet har särskilda detaljer som är svåra att förklara, men de är mycket enklare att följa när de presenteras visuellt. För att visualisera överföringsprocessen, utnyttja ett optiskt mikroskop som kan fungera under belysning i ljusa fält. Utrusta mikroskopet med 5x, 50x och 100x långväga mål.Mikroskopet måste också vara utrustat med en kamera som ansluts till en dator. Utrusta två separata manipulatorer, som visas här, för att individuellt kontrollera kristallernas position. Fabricera anpassade provhållare som kan stödja en glasrutschbana.Denna provhållare kommer att användas för att placera den översta kristallen. För bottenmanipulatorerna placerar du ett platt värmeelement i en bearbetad keramikhållare av glas och fäster det på det roterande stadiet. Anslut sedan värmeelementet till en strömförsörjning och en temperaturregulator.Submerge en en-efter-en-centimeter kvadrat från en kisel-oxid wafer i en bägare fylld med aceton och sedan placera bägaren i en ultraljud renare. Efter 10 minuter, använd ett par pincett för att ta bort rånet från bägaren och skölja den med isopropanol, torka sedan rånet med hjälp av en kvävepistol. Därefter försiktigt ta bort en del av kristallen och placera den på en bit av halvledare-grade självhäftande tejp.Ta en andra bit av tejp och fast tryck den mot den inledande tejpen som håller kristallen. Skala bort de två bitar av tejp, upprepa flera gånger, för att producera många tunna bitar av kristall. Tryck fast den självhäftande tejpen med de tunna 2D-kristallerna på ett nyrenat substrat, så att kristallen är i direkt kontakt med substratet och skala bort tejpen för att lämna exfolierade flingor på substratet.För att avlägsna eventuellt resthäftande, placera det resulterande provet i en bägare fylld med aceton. Efter 10 minuter, ta bort provet, skölj med isopropanol och torka med en kvävepistol. Undersök de exfolierade flingorna med hjälp av ett optiskt mikroskop för att uppskatta deras tjocklek genom att bedöma flakets optiska kontrast med substratet.Använd sedan AFM i tappningsläge för att bättre kvantifiera ytans morfologi och för att mäta flingtjockleken. Förbered det översta substratet för överföringsförfarandet genom att exfoliera kristallen på en glasrutschbana med en bifogad polymetylmetakrylatfilm. Efter att ha erhållit ett rent substrat som tidigare visats, placera underlaget på en spinn coater och täck över det med polyvinylalkohol.Snurra underlaget vid 3, 000 RPM i en minut för att producera ett lager cirka 450 nanometer tjock. Placera sedan substratet direkt på en värmeplatta och grädda det avtäckt vid 75 grader Celsius i fem minuter. När svalna, placera underlaget tillbaka på spin coater och täcka den med polymetylmetakrylat.Spin coat ett 820-nanometert tjockt lager AV PMMA på substratet vid 1, 500 RPM i en minut. Efter spinnbeläggning, placera underlaget tillbaka på värmeplattan och baka den avtäckt vid 75 grader Celsius. Efter fem minuter, ta bort substratet från värmeplattan och placera bitar av tejp längs dess kanter för att skapa en bandram.Därefter, mekaniskt exfoliera en 2D-kristall på PMMA-ytan som visas i föregående avsnitt. Använd ett skarpt par pincett för att separera PMMA från PVA, långsamt skala tillbaka bandramen. PMMA-lagret och exfolierad kristall, tillsammans med bandramen, lossnar från PVA i kisel-oxid-wafer-substratet.Därefter invertera bandramen och placera den på ett bearbetat stöd så att kristallen är vänd nedåt. Placera provet under ett optiskt mikroskop och använd ett par vassa pincetter för att placera en liten bricka exakt på PMMA-filmen så att den omger önskad flaga. Sänk sedan ner en glasrutschkana och följ den till polymeren genom att trycka den mot den exponerade tejpen.Placera det förberedda substratet på understadiet av överföringsuppställningen. På detta substrat, identifiera positionen för önskad flaga. Denna flinga kommer att bli botten kristall.Placera sedan det översta substratet i överföringsuppställningens översta substrathållare. Med hjälp av en låg förstoring mål, föra botten underlaget i fokus och centrera önskad flinga. Sänk långsamt det översta substratet tills det kan ses av målsättningen.Sedan justerar du dess laterala position och rotationsjusteringen av de två flingorna. När flingorna är nära att riktas efter önskemål, byta till en 50x målsättning och fortsätta att sänka den övre substratet, samtidigt justera flinga anpassningen. Sedan, när den är i linje, sänk det övre substratet tills den översta flingan helt kontaktar bottenflingan.Kontakten märks på grund av en plötslig färgförändring. När kontakt görs, värm bottensubstratet till 75 grader Celsius för bättre vidhäftning av PMMA till bottensubstratet. PMMA kommer att lossna från glasglaset.Rengör sedan bottensubstratet för att ta bort PMMA-filmen. För att använda stämplingsmetoden för flingöverföring, placera först substratet på understegssteget av överföringsuppställningen. På detta substrat, identifiera positionen för önskad flinga, som kommer att vara bottenkristallen.Därefter placerar du det översta substratet i innehavaren av överföringsuppställningen och värmer bottensubstratet till 100 grader Celsius. Sedan, anpassa och föra den översta kristallen i kontakt med bottenflinga. När fullständig kontakt görs mellan de två flingorna, långsamt höja den övre substratet.Detta resulterar i drop-off av den översta flinga från stämpeln till botten underlaget. Kristaller av rhenium disulfid är idealiska för att demonstrera vinkelanpassning, eftersom det mekaniskt exfolierar som avlånga barer med väldefinierade kanter. Här placerades den översta flingan i 75 graders vinkel mot bottenkristallen med pdms-stämplingsmetoden som visas i den här videon.Atomkraftmikroskopi användes för att exakt mäta vridvinkeln mellan topp- och bottenflingorna. Med hjälp av PMMA PVA förfarande, överföringen setup användes framgångsrikt för att skapa en struktur som består av två monolayer flingor av molybden disulfid. De enskilda monolayers visas här exfoliated på PMMA och kisel kisel-dioxid.Det påvisade förfarandet resulterar i den struktur som visas här genom ett optiskt mikroskop. Fler detaljer, såsom tjocklek och den relativa positionen för staplade monolayer kan bekräftas med hjälp av AFM. De viktigaste delarna av detta förfarande är den laterala och roterande inriktningen av flingorna.Andra överföringsmetoder finns och de följer ett liknande protokoll, och olika polymerer och tvådimensionella kristaller kan användas för att fabricera särskilda strukturer. Och naturligtvis kan ytterligare rengöringsmetoder användas för att säkerställa orörda kristallytor och gränssnitt. När du använder kemikalier som PMMA, aceton och andra, se till att bära rätt personlig skyddsutrustning och att utföra stegen i en väl ventilerad miljö, till exempel en draghuva.

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

Tillverka Metamaterial med den metod fiberdragning

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 nanokristallstorleksfördelning med användning av Raman-spektroskopi med en Multi-partikel Phonon Förlossning Modell

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

Tillväxt och elektrostatisk och kemiska egenskaper av metall/LaAlO3/SrTiO3 Halvledareheterostructures

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 fabrikation och mätmetod för en flexibel ferroelektrisk Element baserat 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

Fabricera reaktiva ytor med borsta-gillar och tvärbundna filmer av Azlactone-Functionalized Block sampolymerer

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

One-Step metod att fabricera Polydimetylsiloxan mikroflödessystem kanaler av olika geometriska avsnitten av sekventiell våta etsningen processer

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

Beredning av en Isotopiskt ren 229th jonstråle för 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

Grafen-Assisted Quasi-van der Waals Epitaxy of AlN Film on Nano-Patterned Sapphire Substrat for Ultraviolet Light Emitting Diodes

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

Behandling av ytor med kall atmosfärisk tryckplasma med COST-Jet

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