सटीक घूर्णी संरेखण के साथ वैन der Waals Heterostructures का निर्माण
Summary
इस काम में हम स्थिति और रिश्तेदार अभिविन्यास पर सटीक नियंत्रण के साथ ultrathin स्तरित 2 डी सामग्री स्टैकिंग द्वारा नए क्रिस्टल (वैन der Waals विषमसंरचनाओं) बनाने के लिए प्रयोग किया जाता है कि एक तकनीक का वर्णन.
Abstract
इस काम में हम अलग ultrathin स्तरित 2 डी सामग्री स्टैकिंग द्वारा नए क्रिस्टल (वैन der Waals heterstructures) बनाने के लिए एक तकनीक का वर्णन. हम न केवल पार्श्व नियंत्रण प्रदर्शित करते हैं, लेकिन महत्वपूर्ण बात, आसन्न परतों के कोणीय संरेखण पर भी नियंत्रण. तकनीक के कोर एक घर निर्मित हस्तांतरण सेटअप जो उपयोगकर्ता व्यक्तिगत हस्तांतरण में शामिल क्रिस्टल की स्थिति को नियंत्रित करने के लिए अनुमति देता है द्वारा प्रतिनिधित्व किया है. यह उप-माइक्रोमीटर (अनुवाद) और उप-डिग्री (कोणीय) परिशुद्धता के साथ हासिल की है। उन्हें एक साथ स्टैकिंग से पहले, अलग क्रिस्टल व्यक्तिगत रूप से एक क्रमादेशित सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं कि कस्टम डिजाइन चलती चरणों द्वारा हेरफेर कर रहे हैं. इसके अलावा, के बाद से पूरे हस्तांतरण सेटअप कंप्यूटर नियंत्रित है, उपयोगकर्ता दूर से हस्तांतरण सेटअप के साथ सीधे संपर्क में आने के बिना सटीक विषमसंरचना बना सकते हैं, के रूप में इस तकनीक लेबलिंग “हाथ से मुक्त”. हस्तांतरण सेट अप पेश करने के अलावा, हम भी क्रिस्टल है कि बाद में खड़ी कर रहे हैं तैयार करने के लिए दो तकनीकों का वर्णन.
Introduction
दो आयामी (2 डी) सामग्री के बढ़ते क्षेत्र में अनुसंधान के बाद शोधकर्ताओं ने एक तकनीक है जो ग्राफीनकेअलगाव सक्षम विकसित करने के बाद शुरू हुआ 1 ,2,3 (कार्बन परमाणुओं की एक परमाणु फ्लैट शीट) से ग्रेफाइट. ग्राफीन स्तरित 2 डी सामग्री का एक बड़ा वर्ग का एक सदस्य है, यह भी वैन der Waals सामग्री या क्रिस्टल के रूप में जाना जाता है. वे मजबूत सहसंयोजक इंट्रालेयर संबंध और कमजोर वैन der Waals interlayer युग्मन है. इसलिए, ग्रेफाइट से ग्राफीन को अलग करने की तकनीक को अन्य 2 D सामग्रियों पर भी लागू किया जा सकता है जहां एक कमजोर इंटरलेयर बांड को तोड़ सकता है और एकल परतों को अलग कर सकता है। क्षेत्र में एक प्रमुख विकास प्रदर्शन था कि जिस तरह दो आयामी सामग्रियों की आसन्न परतों कोएक साथ रखने वाले वैन डर वाल्स बांडों को एक साथ तोड़ा जा सकता है, उसी तरह उन्हें भी 2,4एक साथ रखा जा सकता है। इसलिए, 2 डी सामग्री के क्रिस्टल controllably अलग गुणों के साथ 2 डी सामग्री की परतों को एक साथ स्टैकिंग द्वारा बनाया जा सकता है। यह ब्याज का एक बड़ा सौदा प्रेरित, के रूप में सामग्री पहले प्रकृति में अस्तित्व में या तो पूर्व दुर्गम भौतिक घटना4,5,6,7 को उजागर करने के लक्ष्य के साथ बनाया जा सकता है ,8,9 या प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों के लिए बेहतर उपकरणों के विकास. इसलिए, 2 डी सामग्री स्टैकिंग पर सटीक नियंत्रण रखना अनुसंधान क्षेत्र10,11,12में मुख्य लक्ष्यों में से एक बन गया है ।
विशेष रूप से, वैन der Waals heterastructures में आसन्न परतों के बीच मोड़ कोण सामग्री गुण13को नियंत्रित करने के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर होना दिखाया गया था. उदाहरण के लिए, कुछ कोणों पर, आसन्न परतों के बीच एक रिश्तेदार मोड़ की शुरूआत प्रभावी ढंग से इलेक्ट्रॉनिक रूप से दो परतों decouple कर सकते हैं. इसका अध्ययन ग्राफीन14,15 और संक्रमण धातु डाइचलकोजेनाइड्स16,17,18,19दोनों में किया गया . हाल ही में, यह आश्चर्यजनक रूप से पाया गया कि यह भी इन सामग्रियों के मामले की स्थिति को बदल सकते हैं. खोज है कि bilayer ग्राफीन एक “जादू कोण” पर उन्मुख कम तापमान पर एक Mott इंसुलेटर और यहां तक कि एक superconductor के रूप में व्यवहार करता है जब इलेक्ट्रॉन घनत्व ठीक से देखते है महान रुचि और कोणीय नियंत्रण के महत्व की प्राप्ति छिड़ गया है जब परतदार वैन डेर वाल्स हेटरोस्ट्रक्चर13,20,21.
परतों के बीच रिश्तेदार अभिविन्यास का समायोजन करके उपन्यास वैन der Waals सामग्री के गुणों ट्यूनिंग के विचार से खोला वैज्ञानिक अवसरों से प्रेरित है, हम इस तरह की संरचनाओं बनाने के लिए प्रक्रिया के साथ एक घर निर्मित साधन पेश कोणीय नियंत्रण के साथ।
Protocol
Representative Results
Discussion
घर निर्मित हस्तांतरण सेटअप यहाँ प्रस्तुत दोनों पार्श्व और घूर्णी नियंत्रण के साथ उपन्यास स्तरित सामग्री के निर्माण के लिए एक विधि प्रदान करता है. साहित्य10,25में वर्णित अन्य समाध?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक ओटावा विश्वविद्यालय और NSERC डिस्कवरी अनुदान RGPIN-2016-06717 और NSERC एसपीजी QC2DM से धन स्वीकार करते हैं.
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 |
Referências
- Novoselov, K. S., et al. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science. 306 (5696), 666 (2004).
- Novoselov, K. S., et al. Two-dimensional atomic crystals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (30), 10451 (2005).
- Zhang, Y., Tan, Y. -. W., Stormer, H. L., Kim, P. Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene. Nature. 438, 201 (2005).
- Geim, A. K., Van Grigorieva, I. V. Van der Waals heterostructures. Nature. 499, 419 (2013).
- Song, J. C. W., Gabor, N. M. Electron quantum metamaterials in van der Waals heterostructures. Nature Nanotechnology. 13 (11), 986-993 (2018).
- Jin, C., et al. Ultrafast dynamics in van der Waals heterostructures. Nature Nanotechnology. 13 (11), 994-1003 (2018).
- Rivera, P., et al. Interlayer valley excitons in heterobilayers of transition metal dichalcogenides. Nature Nanotechnology. 13 (11), 1004-1015 (2018).
- Lu, C. -. P., et al. Local, global, and nonlinear screening in twisted double-layer graphene. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , 201606278 (2016).
- Luican-Mayer, A., Li, G., Andrei, E. Y. Atomic scale characterization of mismatched graphene layers. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 219, 92-98 (2017).
- Frisenda, R., et al. Recent progress in the assembly of nanodevices and van der Waals heterostructures by deterministic placement of 2D materials. Chemical Society Reviews. 47 (1), 53-68 (2018).
- Ribeiro-Palau, R., et al. Twistable electronics with dynamically rotatable heterostructures. Science. 361 (6403), 690-693 (2018).
- Kim, K., et al. van der Waals Heterostructures with High Accuracy Rotational Alignment. Nano Letters. 16 (3), 1989-1995 (2016).
- Cao, Y., et al. Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices. Nature. 556 (7699), 43 (2018).
- Luican, A., et al. Single-layer behavior and its breakdown in twisted graphene layers. Physical review letters. 106 (12), 126802 (2011).
- Li, G., et al. Observation of Van Hove singularities in twisted graphene layers. Nature Physics. 6 (2), 109 (2010).
- Castellanos-Gomez, A., van der Zant, H. S. J., Steele, G. A. Folded MoS2 layers with reduced interlayer coupling. Nano Research. 7 (4), 572-578 (2014).
- van der Zande, A. M., et al. Tailoring the Electronic Structure in Bilayer Molybdenum Disulfide via Interlayer Twist. Nano Letters. 14 (7), 3869-3875 (2014).
- Huang, S., et al. Probing the Interlayer Coupling of Twisted Bilayer MoS2 Using Photoluminescence Spectroscopy. Nano Letters. 14 (10), 5500-5508 (2014).
- Liu, K., et al. Evolution of interlayer coupling in twisted molybdenum disulfide bilayers. Nature Communications. 5, 4966 (2014).
- Cao, Y., et al. Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices. Nature. 556, 80 (2018).
- . Tuning superconductivity in twisted bilayer graphene Available from: https://arxiv.org/abs/1808.07865 (2018)
- Blake, P., et al. Making graphene visible. Applied Physics Letters. 91 (6), 063124 (2007).
- Lin, Y. -. C., et al. Single-Layer ReS2: Two-Dimensional Semiconductor with Tunable In-Plane Anisotropy. ACS Nano. 9 (11), 11249-11257 (2015).
- Chenet, D. A., et al. In-Plane Anisotropy in Mono- and Few-Layer ReS2 Probed by Raman Spectroscopy and Scanning Transmission Electron Microscopy. Nano Letters. 15 (9), 5667-5672 (2015).
- Masubuchi, S., et al. Autonomous robotic searching and assembly of two-dimensional crystals to build van der Waals superlattices. Nature Communications. 9 (1), 1413 (2018).
- Ling, X., Wang, H., Huang, S., Xia, F., Dresselhaus, M. S. The renaissance of black phosphorus. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (15), 4523-4530 (2015).
- Huang, B., et al. Layer-dependent ferromagnetism in a van der Waals crystal down to the monolayer limit. Nature. 546, 270 (2017).
- Kim, H. H., et al. One Million Percent Tunnel Magnetoresistance in a Magnetic van der Waals Heterostructure. Nano Letters. 18 (8), 4885-4890 (2018).
