Name: Fabrication de van der Waals Hétérostructures avec alignement de rotation précis (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 25 s
Description: Découvrez la fabrication d'hétérostructures van der Waals avec alignement angulaire précis. Cette méthode permet de créer des matériaux bidimensionnels empilés pour explorer de nouveaux phénomènes physiques et développer des dispositifs technologiques avancés.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Les auteurs reconnaissent le financement de l'Université d'Ottawa et du CRSN Discovery, qui accorde la subvention RGPIN-2016-06717 et le SPG QC2DM du CRSN.

1. Instrumentation pour la procédure de transfert
<ol><li>Afin de visualiser le processus de transfert, utilisez un microscope optique qui peut fonctionner sous l'éclairage lumineux de champ. Étant donné que les tailles typiques des cristaux 2D sont de 1 à 500 m2,équipez le microscope avec des objectifs de distance de travail 5x, 50x et 100x. Le microscope doit également être équipé d'une caméra qui se connecte à un ordinateur (Figure 1a).</li>
	<li>Utilisez des manipulateurs distincts pour contrôler individuellement la position des deux cristaux qui sont sur le point d'être empilés. Employez des manipulateurs programmables et contrôlables par un ordinateur pour minimiser les vibrations pendant la procédure de transfert. REMARQUE : Les manipulateurs responsables du mouvement du support supérieur du substrat (Figure 1b-c) n'ont qu'à se déplacer dans la direction X, Y et Z. Fait important, les manipulateurs responsables du contrôle du support du substrat inférieur (Figure 1e-f) sont également capables de tourner sous n'importe quel angle (mouvement de traduction et de rotation).</li>
	<li>Afin d'attacher les échantillons sur les manipulateurs de l'étage supérieur, fabriquer des supports d'échantillon personnalisés qui peuvent soutenir une lame de verre; le cristal supérieur sera placé sur la glissière de verre (Figure 1d).</li>
	<li>Pour les manipulateurs de fond, placez un élément chauffant plat dans un support en verre-céramique usiné (figure 1g) et apposez-le à la scène rotative. Connectez l'élément chauffant à une alimentation et à un contrôleur de température.</li>
	<li>Programmez les contrôleurs avec un logiciel d'instrumentation (p. ex. LabVIEW) pour contrôler la position relative des manipulateurs (Figure 2).<ol>
<li>Pour effectuer les mouvements nécessaires, programmez le logiciel avec les capacités suivantes : déplacer individuellement ou simultanément les manipulateurs ; lire, enregistrer et récupérer la position de chaque manipulateur; ajuster facilement la vitesse des manipulateurs, et autofocus l'étape inférieure. Renforcer les dispositifs de sécurité pour prévenir d'éventuelles collisions entre l'échantillon et la lentille.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Exfoliation mécanique d'un cristal 2D.
<ol><li>Préparer un substrat pour la procédure d'exfoliation mécanique.<ol>
<li>Immerger 1 cm x 1 cm carréde de plaquettes de silicium/silicium (Si/SiO2) dans un bécher rempli d'acétone et placer le bécher dans un nettoyant à ultrasons pendant 10 min.</li>
		<li>Retirez individuellement les gaufrettes du bécher à l'arme à épiler et rincez-les à l'isopropanol (IPA) puis séchez-les à l'arme à feu d'azote (N2). REMARQUE : Lorsque vous travaillez avec l'acétone et l'IPA, il est suggéré de le faire sous une hotte de fumée tout en portant le PPE approprié.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Exfolier mécaniquement le cristal sur le substrat.<ol>
<li>À l'aide d'une pince à épiler, retirer soigneusement une partie du cristal et la placer sur un morceau de ruban adhésif de qualité semi-conductrice.</li>
		<li>Prenez un deuxième morceau de ruban adhésif et appuyez fermement contre la bande initiale avec du cristal, puis épluchez les deux morceaux de ruban adhésif. Après avoir répété plusieurs fois, de nombreux morceaux de cristal plus minces seront trouvés sur la bande.</li>
		<li>Appuyez sur le ruban adhésif avec les minces cristaux 2D sur un substrat fraîchement nettoyé de telle sorte que le cristal est en contact direct avec le substrat et épluchez le ruban pour laisser des flocons exfoliés sur le substrat.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Pour enlever tout adhésif résiduel, placez les échantillons résultants (substrats avec des cristaux 2D exfoliés sur leur surface) dans un bécher rempli d'acétone pendant 10 min. Retirez les échantillons à l'aide d'une pince à épiler, rincez-les avec IPA et séchez à l'aide d'un canon N 2.</li>
	<li>Utilisez un microscope optique pour examiner les flocons exfoliés. Estimer leur épaisseur en évaluant le contraste optique du flocon avec le substrat22. Imagez les flocons à l'aide de la microscopie par force atomique (AFM) en mode de tapotement (voir tableau des matériaux)afin de mieux quantifier la morphologie de surface et de mesurer l'épaisseur des flocons.</li>
</ol>3. Méthode PMMA-PVA pour la fabrication des hétérostructures van der Waals (préparation du substrat supérieur).
<ol><li>Préparer le substrat supérieur pour la procédure de transfert en exfoliant le cristal sur un film poly(méthyle méthylique) (PMMA) attaché à une lame de verre (Figure 3a-d).<ol>
<li>Suivez la procédure décrite à l'étape 2.1. pour obtenir un substrat propre. Spin enduit une couche d'alcool polyvinyl (PVA) sur le substrat à 3 000 tr/min pendant 1 min en suivant le protocole décrit dans le manuel d'utilisation de l'instrument. REMARQUE : Lors de l'utilisation du pelage de spin, il est suggéré de le faire sous une hotte de fumée tout en portant le PPE approprié.</li>
		<li>Placer directement le substrat sur une plaque chaude et le cuire à découvert dans l'air à 75 oC pendant 5 min.</li>
		<li>Épiner une couche de PMMA sur le substrat à partir de l'étape 3.1.2 en suivant une procédure similaire à celle de l'étape 3.1.1, mais cette fois définir les paramètres de rotation à une vitesse angulaire de 1500 tr/min pour 1 min (Figure 3a).</li>
		<li>Placer directement le substrat sur une plaque chaude et le cuire à découvert dans l'air à 75 oC pendant 5 min.</li>
		<li>Retirez le substrat de la plaque chauffante et placez des morceaux de ruban adhésif le long de ses bords pour créer un cadre de ruban adhésif. Ensuite, exfoliez mécaniquement un cristal 2D sur la surface de la PMMA en suivant l'étape 2.2 (figure 3b).</li>
		<li>Utilisez une pince à épiler pointue pour séparer le PMMA de la PVA en épluchant lentement le cadre de bande. La couche PMMA et le cristal exfolié ainsi que le cadre de bande se détacheront du substrat PVA et Si/SiO2 (figure 3c).</li>
		<li>Inverser le cadre de bande et le placer sur un support usiné de telle sorte que le cristal est orienté vers le bas (Figure 3d). REMARQUE : Cette prise en charge permet à l'utilisateur de placer le cadre de bande sous un microscope optique pour inspecter l'exfoliation sur PMMA et identifier un flocon avec l'épaisseur et la géométrie désirées.</li>
		<li>Utilisez une pince à épiler pointue et le microscope optique pour placer une petite laveuse (rayon intérieur de 0,5 mm) précisément sur le film PMMA de telle sorte qu'il entoure le flocon désiré (Figure 3d).</li>
		<li>Abaissez une lame de verre et adhérez-la au polymère en le pressant contre le ruban exposé.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Méthode d'estampage polydimethylsiloxane (PDMS) pour la fabrication des hétérostructures van der Waals (préparation du substrat supérieur).
<ol><li>Préparer une solution de carbonate de polypropylène (PPC) pour le revêtement de spin en mélangeant trois parties de cristal PPC avec dix-sept parties d'anisole. Cela se fait en laissant la solution se mélanger dans un agitateur pendant environ 8 h ou jusqu'à ce que la solution soit homogène.</li>
	<li>Préparer le substrat supérieur pour la procédure de transfert en exfoliant le cristal sur un film PPC et en le plaçant ensuite sur un timbre PDMS attaché à une glissière de verre (Figure 4a-d).<ol>
<li>Suivez la procédure à l'étape 2.1. pour obtenir un substrat propre. Épiner une couche de PPC sur le substrat à 3 000 tr/min pendant 1 min (figure 4a).</li>
		<li>Placer directement le substrat sur une plaque chaude et le cuire à découvert dans l'air à 75 oC pendant 5 min.</li>
		<li>Retirez le substrat de la plaque chauffante et placez des morceaux de ruban adhésif le long de ses bords pour créer un cadre de ruban adhésif.</li>
		<li>Exfoliez mécaniquement le cristal 2D superposé sur le substrat enduit PPC en suivant l'étape 2.2 et utilisez le microscope optique pour identifier un flocon avec l'épaisseur et la géométrie désirées. (Figure 4b).</li>
		<li>Utilisez des ciseaux ou une lame chirurgicale pour couper un morceau de PDMS dans un carré de 2 mm x 2 mm et placez-le dans un fourre-tout à plasma d'oxygène pendant 2 min à 50 W et 53,3 Pa.</li>
		<li>À la fin du cycle, appuyez sur une glissière de verre sur le timbre PDMS pour lier les deux ensemble. Placez la glissière en verre et le tampon PDMS dans l'écherre de plasma d'oxygène pour subir le même cycle. Retirez la glissière en verre lorsque le cycle est terminé.</li>
		<li>À l'aide d'une pince à épiler, épluchez soigneusement le cadre de bande et ramassez le film PPC avec le cristal exfolié (figure4c) et placez-le sur le timbre PDMS de sorte que le flocon désiré est situé sur le timbre.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Transfert des flocons du substrat supérieur vers le substrat inférieur à l'aide de la méthode PMMA-PVA (figure3e-h).
<ol><li>Placez un substrat sur l'étage inférieur de la configuration de transfert. Sur ce substrat, identifiez la position du flocon désiré. Ce flocon sera le cristal "bas". En outre, placez le substrat supérieur (la glissière de verre de l'étape 3.1.9) dans le support supérieur du substrat de la configuration de transfert (Figure 3e).</li>
	<li>À l'aide d'un objectif de faible grossissement (5x), mettre le substrat inférieur au point et centrer le flocon désiré. Abaissez lentement le substrat supérieur jusqu'à ce qu'il pénètre dans la profondeur de champ de l'objectif. Ajuster la position latérale et l'alignement de rotation des deux flocons.</li>
	<li>Utilisez un objectif de grossissement plus élevé (50x) et continuez à abaisser le substrat supérieur tout en ajustant l'alignement des flocons. Baisser le substrat supérieur jusqu'à ce que le flocon supérieur entre entièrement en contact avec le flocon inférieur. Le contact est perceptible par un changement soudain de couleur.</li>
	<li>Chauffer le substrat inférieur à 75 oC pour une meilleure adhérence de PMMA au substrat inférieur. La PMMA se détachera de la glissière de verre (figure 3f).</li>
	<li>Nettoyer le substrat inférieur après l'étape 2.3 pour enlever le film PMMA (Figure 3g-h).</li>
</ol>6. Transfert des flocons du substrat supérieur vers le substrat inférieur à l'aide de la méthode d'estampage (figure4d-f).
<ol><li>Placez un substrat sur l'étage inférieur de la configuration de transfert. Sur ce substrat, identifiez la position du flocon désiré. Ce flocon sera le cristal "bas". En outre, placez le substrat supérieur (la glissière de verre avec PDMS de l'étape 4.2.5-4.2.6) dans le support supérieur du substrat de la configuration de transfert (Figure 4d).</li>
	<li>Chauffer le substrat inférieur à 100 oC, puis suivre les étapes 5,2 à 5,4 pour aligner et mettre en contact le cristal supérieur avec le flocon inférieur (Figure 4e).</li>
	<li>Une fois le contact complet entre les deux flocons (Figure 4e),soulevez lentement le substrat supérieur. Il en résulte la chute du flocon supérieur du timbre au substrat inférieur (Figure 4f).</li>
</ol>

<ol><li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electric+Field+Effect+in+Atomically+Thin+Carbon+Films%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Two-dimensional+atomic+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Experimental+observation+of+the+quantum+Hall+effect+and+Berry%27s+phase+in+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene.</a> Nature. 438, Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nature04235#supplementary-information ">https://www.nature.com/articles/nature04235#supplementary-information </a> 201(2005).</li>
<li>Geim, A. K., Van Grigorieva, I. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Van+der+Waals+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Electron+quantum+metamaterials+in+van+der+Waals+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Ultrafast+dynamics+in+van+der+Waals+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Interlayer+valley+excitons+in+heterobilayers+of+transition+metal+dichalcogenides%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Local%2C+global%2C+and+nonlinear+screening+in+twisted+double-layer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Atomic+scale+characterization+of+mismatched+graphene+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Electron+Spectroscopy+and+Related+Phenomena%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Recent+progress+in+the+assembly+of+nanodevices+and+van+der+Waals+heterostructures+by+deterministic+placement+of+2D+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Twistable+electronics+with+dynamically+rotatable+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((van+der+Waals+Heterostructures+with+High+Accuracy+Rotational+Alignment%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Unconventional+superconductivity+in+magic-angle+graphene+superlattices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Single-layer+behavior+and+its+breakdown+in+twisted+graphene+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+review+letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Observation+of+Van+Hove+singularities+in+twisted+graphene+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Physics%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Folded+MoS2+layers+with+reduced+interlayer+coupling%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Research%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Tailoring+the+Electronic+Structure+in+Bilayer+Molybdenum+Disulfide+via+Interlayer+Twist%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Probing+the+Interlayer+Coupling+of+Twisted+Bilayer+MoS2+Using+Photoluminescence+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Evolution+of+interlayer+coupling+in+twisted+molybdenum+disulfide+bilayers%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Evolution of interlayer coupling in twisted molybdenum disulfide bilayers.</a> Nature Communications. 5, Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/ncomms5966#supplementary-information">https://www.nature.com/articles/ncomms5966#supplementary-information</a> 4966(2014).</li>
<li>Cao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlated+insulator+behaviour+at+half-filling+in+magic-angle+graphene+superlattices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices.</a> Nature. 556, 80(2018).</li>
<li>Yankowitz, M., et al. 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/pubmed?term=((Making+graphene+visible%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Single-Layer+ReS2%3A+Two-Dimensional+Semiconductor+with+Tunable+In-Plane+Anisotropy%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((In-Plane+Anisotropy+in+Mono-+and+Few-Layer+ReS2+Probed+by+Raman+Spectroscopy+and+Scanning+Transmission+Electron+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Autonomous+robotic+searching+and+assembly+of+two-dimensional+crystals+to+build+van+der+Waals+superlattices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((The+renaissance+of+black+phosphorus%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Layer-dependent+ferromagnetism+in+a+van+der+Waals+crystal+down+to+the+monolayer+limit%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((One+Million+Percent+Tunnel+Magnetoresistance+in+a+Magnetic+van+der+Waals+Heterostructure%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">One Million Percent Tunnel Magnetoresistance in a Magnetic van der Waals Heterostructure.</a> Nano Letters. 18 (8), 4885-4890 (2018).</li>
</ol>

Les auteurs n'ont rien à révéler. Les auteurs n'ont pas d'intérêts financiers concurrents.

La configuration de transfert maison présentée ici offre une méthode pour construire de nouveaux matériaux superposés avec un contrôle latéral et rotationnel. Par rapport à d'autres solutions décrites dans la littérature10,25, notre système ne nécessite pas d'infrastructure complexe, mais il atteint l'objectif d'alignement contrôlé des cristaux 2D.
L'étape la plus critique dans la procédure est celle d'aligner et de placer le cristal s...

La recherche dans le domaine naissant des matériaux bidimensionnels (2D) a commencé après que les chercheurs ont développé une technique qui a permis l'isolement du graphène1,2,3 (une feuille atomiquement plate d'atomes de carbone) de graphite. Le graphène fait partie d'une plus grande classe de matériaux 2D superposés, aussi appelés matériaux ou cristaux van der Waals. Ils ont fort covalent liaison intracouche et faible van der Waals couplage intercouches. Par conséquent, la technique pour isoler le graphène du graphite peut également être appliquée à d'autres matériaux 2D où l'on peut briser les liaisons intercouches faibles et isoler les couches simples. Un développement clé dans le domaine a été la démonstration que tout comme les liens van der Waals tenant des couches adjacentes de matériaux bidimensionnels ensemble peuvent être brisés, ils peuvent également être remis ensemble2,4. Par conséquent, des cristaux de matériaux 2D peuvent être créés en empilant de manière contrôlable des couches de matériaux 2D avec des propriétés distinctes. Cela a suscité beaucoup d'intérêt, car des matériaux auparavant inexistants dans la nature peuvent être créés dans le but de découvrir des phénomènes physiques autrefois inaccessibles4,5,6,6 ,8,9 ou le développement d'appareils de qualité supérieure pour des applications technologiques. Par conséquent, avoir un contrôle précis sur l'empilement des matériaux 2D est devenu l'un des principaux objectifs dans le domaine de la recherche10,11,12.
En particulier, l'angle de torsion entre les couches adjacentes dans les hétérostructures van der Waals s'est avéré être un paramètre important pour contrôler les propriétés des matériaux13. Par exemple, à certains angles, l'introduction d'une torsion relative entre les couches adjacentes peut effectivement découpler électroniquement les deux couches. Ceci a été étudié à la fois dans le graphène14,15 ainsi que dans la transition métal dichalcogenides16,17,18,19. Plus récemment, il a été étonnamment constaté qu'il peut également modifier l'état de la matière de ces matériaux. La découverte que le graphène bicouche orienté à un «angle magique» se comporte comme un isolant Mott à basse température et même un supraconducteur lorsque la densité d'électrons est correctement réglé a suscité un grand intérêt et une réalisation de l'importance de la lutte angulaire lors de la fabrication en couches van der Waals hétérostructures13,20,21.
Motivés par les opportunités scientifiques ouvertes par l'idée de régler les propriétés des nouveaux matériaux van der Waals en ajustant l'orientation relative entre les couches, nous présentons un instrument maison avec la procédure de création de telles structures avec un contrôle angulaire.

<table><tbody><tr><td>Objectif 5X</td><td>Nikon Metrology</td><td>MUE12050</td><td>une distance de travail de 23,5 mm et une ouverture numérique de 0,15</td></tr><tr><td>Objectif Nikon</td><td>Metrology</td><td>MUE21500</td><td>une distance de travail de 19 mm et une ouverture numérique de 0,4</td></tr><tr><td>Objectif 100X</td> Nikon <td>Metrology</td><td>MUE21900</td><td>une distance de travail de 4,5 mm et une ouverture numérique de 0,8</td></tr><tr><td>Acétone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>270725</td><td>Pureté &ge ; 99.90 %</td></tr><tr><td>Ruban adhésif</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>Microscope à force atomique</td><td>Bruker</td><td>Dimension Icon</td><td>Nous utilisons généralement le mode ScanAsyst</td></tr><tr><td>Manipulateur de rotation de l’étage inférieur</td><td>Zaber Technologies</td><td>X-RSW60A-PTB2</td><td>360&deg ; déplacement avec une taille de pas de 4.091 &mu ; Manipulateur rad</td></tr><tr><td>Bottom stage X</td><td>Zaber Technologies</td><td>X-LSM025A-PTB2</td><td>Course de 25 mm avec taille de pas de 47,625 nm</td></tr><tr><td>Manipulateur de la platine en Y</td><td>Zaber Technologies</td><td>X-LSM025A-PTB2</td><td>Course de 25 mm avec taille de pas de 47,625 nm</td></tr><tr><td>Manipulateur Z de la platine</td><td>Zaber Technologies</td><td>X-VSR40A-KX14A</td><td>Course de 40 mm avec taille de pas de 95,25 nm</td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>563935 Pureté 99,999 %</td></tr><tr><td>Logiciel LabVIEW</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>Caméra microscope</td><td>Zeiss</td><td>426555-0000-000</td><td>5 mégapixels, fréquence d’images en direct de 47 ips, temps d’exposition de 100 &mu ; s - 2 s, caméra couleur</td></tr><tr><td>Disulfure de molybdène (MoS2)</td><td>HQ Graphene</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Optical</td><td>breadboard Thorlabs, Inc.</td><td>MB4545/M</td><td></td></tr><tr><td>Microscope optique</td><td>Nikon Metrology</td><td>LV150N</td><td></td></tr><tr><td>Graveur plasma à oxygène</td><td>Plasma Etch, Inc.</td><td>PE-50</td><td></td></tr><tr><td>Tampon PDMS</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>Carbonate de polypropylène</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>Disulfure de rhénium (ReS2)</td><td>HQ Graphène</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Si/SiO2 Nova</td><td>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>Régulateur de température</td><td>Auber Instruments</td><td>SYL-23X2-24</td><td>Contrôle la température de l’étage inférieur via un thermocouple de type J</td></tr><tr><td>Unité de contrôle de l’étage supérieur</td><td>Mechonics</td><td>CF.030.0003</td><td></td></tr><tr><td>Manipulateur X de l’étage supérieur</td><td>Mechonics</td><td>MS.030.1800</td><td>Course de 18 mm avec taille de pas de 11 nm</td></tr><tr><td>Manipulateur</td> <td>en Y de l’étage supérieurMechonics</td><td>MS.030.1800</td><td>Course de 18 mm avec pas de 11 nm</td></tr><tr><td>Manipulateur Z à étage supérieur</td><td>Mechonics</td><td>MS.030.3000</td><td>Course de 30 mm avec pas de 11 nm</td></tr><tr><td>Bain à ultrasons</td><td>Elma Schmidbauer GmbH</td><td>Elmasonic P 30 H</td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication de van der waals hétérostructures avec alignement de rotation précis

Fabricating van der Waals Heterostructures with Precise Rotational Alignment

Dans ce travail, nous décrivons une technique pour créer de nouveaux cristaux (les hétérostructures van der Waals) en empilant des matériaux 2D superposés ultraminces distincts. Nous démontrons non seulement le contrôle latéral mais, important, également le contrôle sur l'alignement angulaire des couches adjacentes. Le cœur de la technique est représenté par une configuration de transfert maison qui permet à l'utilisateur de contrôler la position des cristaux individuels impliqués dans le transfert. Ceci est réalisé avec une précision sous-micrométrique (traductionnelle) et sous-degré (angulaire). Avant de les empiler ensemble, les cristaux isolés sont manipulés individuellement par des étapes mobiles conçues sur mesure qui sont contrôlées par une interface logicielle programmée. En outre, puisque l'ensemble de la configuration de transfert est contrôlé par ordinateur, l'utilisateur peut créer à distance des hétérostructures précises sans entrer en contact direct avec la configuration de transfert, étiquetant cette technique comme «mains libres». En plus de présenter la configuration de transfert, nous décrivons également deux techniques pour préparer les cristaux qui sont ensuite empilés.

Pour illustrer les résultats et l'efficacité de notre procédure, nous présentons une séquence de piles à angle contrôlée de disulfure de rhénium (ReS2) cristaux minces. Pour souligner que la méthode décrite peut également être appliquée aux couches atomiquement minces, nous exemplifions également la construction de deux monocouches relativement tordues de disulfure de molybdène (MoS2).
Pour démontrer les ca...

Dans ce travail, nous décrivons une technique qui est utilisée pour créer de nouveaux cristaux (hétérostructures van der Waals) en empilant des matériaux 2D superposés ultraminces avec un contrôle précis sur la position et l'orientation relative.

Fabrication de van der Waals Hétérostructures avec alignement de rotation précis

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

Ce protocole permet la création de matériaux jusque-là inexistants dans la nature, dans le but de découvrir des phénomènes physiques autrefois inaccessibles ou de développer des dispositifs supérieurs pour des applications technologiques. Le principal avantage de cette technique est que l’équipement peut être utilisé à distance et dans un contrôle de l’environnement, ce qui peut réduire le risque d’erreur manuelle et aussi il peut améliorer la propreté de l’échantillon. En outre, le système est équipé d’une phase de rotation, ce qui permet à l’utilisateur d’atteindre l’alignement angulaire sous-degré entre les deux flocons.Comme nous travaillons avec des cristaux minces et de petites surfaces, l’identification d’un flocon de taille appropriée peut être difficile pour l’œil non formé. En outre, la petite taille du cristal peut facilement conduire à un désalignement pendant la procédure de transfert. Par conséquent, il est recommandé d’exécuter ces étapes méticuleusement.De nombreuses étapes du protocole ont des détails particuliers qui sont difficiles à expliquer, mais ils sont beaucoup plus simples à suivre lorsqu’ils sont présentés visuellement. Afin de visualiser le processus de

fabricating-van-der-waals-heterostructures-with-precise-rotational

Research

Recherche

JoVE Journal

Engineering

Ingénierie

Un procédé de collage permanent de deux plaquettes de silicium de manière à réaliser une enceinte uniforme est décrit. Cela comprend la préparation des plaquettes, le nettoyage, le collage RT et les processus de recuit. Les plaquettes collées résultantes (cellules) ont une uniformité d’enceinte ~1%1,2. La géométrie résultante permet de mesurer des liquides et des gaz confinés.

Fabrication de cavités uniformes à l’échelle nanométrique via la liaison directe de plaquettes de silicium

Nous rapportons un protocole pour combiner la métrologie atomique du microscope à effet tunnel pour la structuration de surface avec le dépôt sélectif de couches atomiques et la gravure ionique réactive. À l’aide d’un processus robuste impliquant de nombreuses expositions atmosphériques et de transport, des nanostructures 3D avec métrologie atomique sont fabriquées.

Atomiquement traçable nanostructures Fabrication

Dans cet article, nous présentons un protocole d’augmenter directement un épitaxiale encore élément de mémoire câble flexible zirconium titanate sur mica muscovite.

Une Fabrication et une méthode de mesure pour un élément ferroélectrique Flexible basé sur l’épitaxie de Van Der Waals

Les calculs effectués par le paquet de simulation de l'initio de Vienne Ab peuvent être utilisés pour identifier les propriétés électroniques intrinsèques des matériaux à l'échelle nanométrique et prédire les photocatalyseurs potentiels de division de l'eau.

Alignement de bande de type II de sonde dans les hétérostructures unidimensionnelles de Van Der Waals utilisant des calculs de premiers principes

Cet article présente un protocole optimisé et fondé sur l’expérience pour la fabrication de dispositifs en super-réseau moiré à base de graphène de haute qualité avec des angles de torsion précis, en utilisant une technique de transfert à sec modifiée basée sur une configuration de transfert personnalisée hautement réglable.

Procédé de fabrication optimisé pour des dispositifs à super-réseau moiré à base de graphène de haute qualité

Cette étude présente une méthodologie de fabrication sans résidus pour produire des flocons uniques de matériaux bidimensionnels et les assembler en hétérostructures complexes en utilisant uniquement les interactions de van der Waals. Cette technique élimine le besoin de substances externes et de conditions expérimentales spécifiques, permettant des assemblages hétérostructurels complexes grâce à des processus d’empilement ascendants, descendants et modulaires.

Fabrication sans résidus d’hétérostructures de van der Waals de matériaux bidimensionnels

Les métamatériaux à des fréquences térahertz offrent des occasions uniques, mais sont difficiles à fabriquer en vrac. Nous adaptons la procédure de fabrication des fibres de polymère optique microstructurée à peu de frais fabriquer des métamatériaux potentiellement à l'échelle industrielle. Nous produisons des fibres de polyméthacrylate de méthyle contenant ~ 10 um de diamètre des fils d'indium séparées par environ 100 um, qui présentent une réponse plasmonique térahertz.

Les métamatériaux Fabricating aide de la méthode de tirage de fibre

Nous démontrons comment déterminer la distribution de taille des nanocristaux semi-conducteurs de manière quantitative en utilisant une spectroscopie Raman en utilisant un modèle de confinement phonon multi-particule définie analytiquement. Les résultats obtenus sont en excellent accord avec les autres techniques d'analyse de taille, comme la microscopie électronique à transmission et spectroscopie de photoluminescence.

Caractérisation des nanocristaux Distribution de la taille en utilisant la spectroscopie Raman avec un multi-particules Phonon Confinement Modèle

Un protocole est présenté pour la caractérisation du comportement des piétons sur le terrain et la simulation de la réponse structurelle résultant. Field-tests démontrent que la stimulation in situ identifié et le taux de synchronisation entre les participants constituent un apport essentiel pour la simulation et la vérification des charges induites par l' homme.

Simulation des vibrations d&#39;origine humaine Basé sur l&#39;In-champ Piéton Comportement Caractérisé

Nous fabriquons métal/LaAlO3/SrTiO3 hétérostructures en utilisant une combinaison de laser pulsé dépôts et in situ pulvérisation magnétron. Par l’intermédiaire de magnétotransport et in situ expériences de spectroscopie photoélectronique des rayons x, nous étudions l’interaction entre des phénomènes électrostatiques et chimiques du gaz bidimensionnels d’électrons quasi formée dans ce système.

Croissance et propriétés électrostatiques et chimiques du métal/LaAlO3/SrTiO3 hétérostructures

Découvrez la fabrication d'hétérostructures van der Waals avec alignement angulaire précis. Cette méthode permet de créer des matériaux bidimensionnels empilés pour explorer de nouveaux phénomènes physiques et développer des dispositifs technologiques avancés.

Fabrication de van der Waals Hétérostructures avec alignement de rotation précis

Explorer plus de vidéos