Наука

Исследователи использовали специальную роботизированную систему для сборки в стопки очень больших кусков атомно-чистых двумерных материалов. В исследовании использовались материалы, называемые графеновыми гетероструктурами. Это листы толщиной в атомы, состоящие из крошечных шестиугольных кристаллов, которые изменяют свойства электронов в графене. Это придает материалу особые свойства, полезные для батарей и другой электроники. Собранные материалы в этом исследовании имеют рекордные размеры — целых 7,5 квадратных миллиметров, огромные в мире микроэлектроники. Роботизированный сборочный инструмент помог открыть новый механизм очистки интерфейса, сочетающий в себе механические и термические силы. В результате этого процесса образуются атомарно чистые двумерные гетероструктуры, что является ключевой характеристикой эффективности этих структур.

Влияние

Многоуровневая сборка двумерных материалов, таких как графен, может сыграть потенциальную роль в разработке новых электронных устройств. Производство этих материалов в больших масштабах и при этом обеспечение их атомарной чистоты является серьезной проблемой. Этот новый механизм очистки является важным инструментом. Это поможет исследователям нанонауки разработать протоколы производства для высококачественных устройств большой площади. Это также упростит производство этих материалов, устраняя необходимость в дополнительных процессах после их очистки.

Краткое содержание

Исследователи из Нью-Йоркского университета и Центра функциональных наноматериалов (CFN), пользовательского центра Управления науки Министерства энергетики Брукхейвенской национальной лаборатории, использовали CFN Quantum Material Press (QPress) для сборки двумерных графеновых гетероструктурных материалов. Это исследование показало, что процесс очистки интерфейса слоистых гетероструктур, изготовленных из загрязненных 2D-слоев, включает в себя более сложные механизмы, чем простое термическое воздействие, которое обычно используется для очистки интерфейсов. Сочетание несвязывающих взаимодействий полимера с графеном, термически активированной мобилизации остатков полимера и механического воздействия имеет важное значение для изготовления гетероструктур с атомарно чистыми границами раздела из графена, загрязненного поливинилацетатом. Это исследование открыло новую возможность разработать более эффективный процесс изготовления больших и чистых устройств со слоистой гетероструктурой.

В этом исследовании использовались многочисленные ресурсы CFN. Исследователи провели систематические эксперименты по влиянию термической активации и механического воздействия на процесс очистки, используя CFN Quantum Material Press, который представляет собой новое интегрированное оборудование для роботизированной сборки гетероструктур из двумерных слоистых материалов. Команда также выполнила расчеты по теории функционала плотности, чтобы понять взаимодействие между остатками полимера и двумерными слоями (например, графеном). Команда исследовала интерфейсы гетероструктур с помощью поперечной просвечивающей электронной микроскопии и анализа энергодисперсионной спектроскопии.

Финансирование

В этом исследовании использовались ресурсы Центра функциональных наноматериалов, пользовательского центра Управления науки Министерства энергетики Брукхейвенской национальной лаборатории. Исследование финансировалось Национальным научным фондом; Инициатива «Элементарная стратегия», проводимая Министерством образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии; и Японское общество содействия научным грантам в помощь научным исследованиям. Эта работа была частично выполнена на базе нанопроизводства Центра перспективных научных исследований Городского университета Нью-Йорка.