精密な回転位置合わせによるファンデルワールスヘテロ構造の製作
Summary
本研究では、位置と相対的な向きを正確に制御する超薄層2D材料を積み重ねることで、新しい結晶(ファンデルワールヘテロ構造)を作成する技術について述べている。
Abstract
本研究では、異なる超薄層2D材料を積み重ねることで、新しい結晶(ファンデルワールスヘテロ構造)を作成する技術について述べている。我々は、横制御だけでなく、重要なことに、隣接する層の角度線形を制御するデモンストレーションを行う。技術の中心はユーザーが移動に関与する個々の結晶の位置を制御することを可能にする家造の移動の組み立てによって表される。これはサブマイクロメートル(翻訳)およびサブ度(角度)の精密によって達成される。それらを一緒に積み重ねる前に、隔離された結晶はプログラムされたソフトウェアインターフェイスによって制御されるカスタム設計の動く段階によってそれぞれ操作される。さらに、転送セットアップ全体がコンピュータ制御されているので、ユーザーは転送設定に直接接触することなく、リモートで正確なヘテロ構造を作成することができ、この技術を「ハンズフリー」とラベル付けします。転送セットアップを提示するほか、その後積み重ねられた結晶を準備するための2つのテクニックについても説明する。
Introduction
2次元(2D)材料の急増分野における研究は、グラフェン1、2、3(炭素原子の原子的に平坦なシート)の単離を可能にする技術を開発した後に始まった。黒鉛。グラフェンは、ファンデルワールス材料または結晶とも呼ばれる層状の2D材料のより大きなクラスのメンバーです。それらは強い共生的な層内結合および弱いファンデルワールの層間結合を有する。したがって、グラファイトからグラフェンを単離する技術は、弱い層間結合を破壊し、単一の層を分離することができる他の2D材料にも適用することができます。この分野での重要な開発の1つは、2次元材料の隣接する層を一緒に保持するファンデルワールス結合が壊れ得るように、それらも一緒に2、4を一緒に戻すことができるというデモンストレーションでした。したがって、2D マテリアルの結晶は、2D マテリアルのレイヤーを個別の特性を持つレイヤーを制御的に積み重ねることで作成できます。これは、以前は自然界に存在しなかった物質が、以前はアクセスできない物理現象4、5、6、7を明らかにするという目標で作成することができるので、多くの関心を呼び起こしました。 、8、9または技術アプリケーションのための優れたデバイスを開発しています。したがって、2D材料の積み重ねを正確に制御することは、研究分野10、11、12の主要な目標の一つとなっています。
特に、ファンデルワールスヘテロ構造における隣接する層間のねじれ角度は、材料特性13を制御するための重要なパラメータであることが示された。たとえば、ある角度から、隣接する層間の相対的なねじれの導入により、2 つの層を電子的に分離できます。これは、グラフェン14、15、ならびに遷移金属ジハルコゲニド16、17、18、19の両方で研究された。最近では、これらの材料の問題の状態を変えることができることも驚くほど発見されました。「魔法の角度」を配る二層グラフェンが低温でモット絶縁体として振る舞い、電子密度が適切に調整されると超伝導体として振る舞うという発見は、大きな関心を引き起こし、角度制御の重要性を認識しました。層状ファンデルワールスヘテロ構造13、20、21を製造する場合.
層間の相対的な向きを調整することにより、新しいファンデルワールス材料の特性を調整するという考えによって開かれた科学的機会によって動機付けられ、我々はそのような構造を作成する手順と一緒に自家製の楽器を提示します角度制御付き。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここで提示される自家製の転送設定は、横制御と回転制御の両方を備えた新しい層状材料を構築する方法を提供します。文献10、25に記載されている他のソリューションと比較して、我々のシステムは複雑なインフラストラクチャを必要としませんが、2D結晶の制御されたアライメントの目標を達成します。
手順の最も重要なス…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、オタワ大学とNSERCディスカバリー助成金RGPIN-2016-06717およびNSERC SPG QC2DMからの資金提供を認めています。
Materials
| 5X objective lens | Nikon Metrology | MUE12050 | 23.5 mm working distance and 0.15 numerical aperture |
| 50X objective lens | Nikon Metrology | MUE21500 | 19 mm working distance and 0.4 numerical aperture |
| 100X objective lens | Nikon Metrology | MUE21900 | 4.5 mm working distance and 0.8 numerical aperture |
| Acetone | Sigma-Aldrich | 270725 | Purity ≥99.90% |
| Adhesive tape | Ultron Systems, Inc. | ||
| Anisole | MicroChem | ||
| Atomic force microscope | Bruker | Dimension Icon | We typicall use the ScanAsyst mode |
| Bottom stage rotation manipulator | Zaber Technologies | X-RSW60A-PTB2 | 360° travel with step size of 4.091 μrad |
| Bottom stage X manipulator | Zaber Technologies | X-LSM025A-PTB2 | 25 mm travel with step size of 47.625 nm |
| Bottom stage Y manipulator | Zaber Technologies | X-LSM025A-PTB2 | 25 mm travel with step size of 47.625 nm |
| Bottom stage Z manipulator | Zaber Technologies | X-VSR40A-KX14A | 40 mm travel with step size of 95.25 nm |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | 563935 | Purity 99.999% |
| LabVIEW software | National Instruments | ||
| Macor | McMaster-Carr | 8489K238 | |
| Microscope camera | Zeiss | 426555-0000-000 | 5 megapixel, 47 fps live frame rate, exposure time of 100 μs – 2 s, color camera |
| Molybdenum disulfide (MoS2) | HQ Graphene | ||
| Optical breadboard | Thorlabs, Inc. | MB4545/M | |
| Optical microscope | Nikon Metrology | LV150N | |
| Oxygen plasma etcher | Plasma Etch, Inc. | PE-50 | |
| PDMS stamp | Gel-Pak | PF-20-X4 | |
| PMMA 950 A6 | MichroChem Corp. | M230006 0500L1GL | |
| Polypropylene carbonate | Sigma-Aldrich | 389021-100g | |
| PVA Partall #10 | Composites Canada | ||
| Rhenium disulfide (ReS2) | HQ Graphene | ||
| Si/SiO2 substrate | Nova Electronics Materials | HS39626-OX | |
| Spin coater | Laurell Technologies | WS-650-23 | |
| Temperature controller | Auber Instruments | SYL-23X2-24 | Controls the temperature of the bottom stage via a J type thermocouple |
| Top stage controller unit | Mechonics | CF.030.0003 | |
| Top stage X manipulator | Mechonics | MS.030.1800 | 18 mm travel with step size of 11 nm |
| Top stage Y manipulator | Mechonics | MS.030.1800 | 18 mm travel with step size of 11 nm |
| Top stage Z manipulator | Mechonics | MS.030.3000 | 30 mm travel with step size of 11 nm |
| Ultrasonic bath | Elma Schmidbauer GmbH | Elmasonic P 30 H |
References
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