Le eterostrutture di Van der Waals sono assemblaggi di materiali cristallini bidimensionali (2-D) atomicamente sottili che mostrano interessanti proprietà di conduzione per l'uso in dispositivi elettronici avanzati.

Un semiconduttore 2-D rappresentativo è il grafene, che consiste in un reticolo a nido d'ape di atomi di carbonio dello spessore di un solo atomo. Lo sviluppo delle eterostrutture di van der Waals è stato limitato dalle complesse e lunghe operazioni manuali necessarie per produrle. Questo è, i cristalli 2-D tipicamente ottenuti dall'esfoliazione di un materiale sfuso devono essere identificati manualmente, raccolto, e poi impilati da un ricercatore per formare un'eterostruttura di van der Waals. Un tale processo manuale è chiaramente inadatto alla produzione industriale di dispositivi elettronici contenenti eterostrutture di van der Waals

Ora, un team di ricerca giapponese guidato dall'Istituto di scienze industriali dell'Università di Tokyo ha risolto questo problema sviluppando un robot automatizzato che velocizza notevolmente la raccolta di cristalli 2-D e il loro assemblaggio per formare eterostrutture di van der Waals. Il robot è costituito da un microscopio ottico automatizzato ad alta velocità che rileva i cristalli, le cui posizioni e parametri vengono poi registrati in un database informatico. Il software personalizzato viene utilizzato per progettare eterostrutture utilizzando le informazioni nel database. L'eterostruttura viene quindi assemblata strato per strato da un'apparecchiatura robotica diretta dall'algoritmo informatico progettato. I risultati sono stati riportati in Comunicazioni sulla natura .

"Il robot può trovare, raccogliere, e assemblare i cristalli 2-D in un vano portaoggetti, ", afferma il primo autore dello studio Satoru Masubuchi. "Può rilevare 400 fiocchi di grafene all'ora, che è molto più veloce della velocità raggiunta dalle operazioni manuali."

Quando il robot è stato utilizzato per assemblare scaglie di grafene in eterostrutture di van der Waals, poteva impilare fino a quattro strati all'ora con solo pochi minuti di input umano richiesti per ogni strato. Il robot è stato utilizzato per produrre un'eterostruttura di van der Waals composta da 29 strati alternati di grafene e nitruro di boro esagonale (un altro semiconduttore 2-D comune). Il numero del livello record di un'eterostruttura di van der Waals prodotta da operazioni manuali è 13, quindi il robot ha notevolmente aumentato la nostra capacità di accedere a complesse eterostrutture di van der Waals.

"Un'ampia gamma di materiali può essere raccolta e assemblata utilizzando il nostro robot, ", spiega il coautore Tomoki Machida. "Questo sistema offre il potenziale per esplorare completamente le eterostrutture di van der Waals".

Lo sviluppo di questo robot faciliterà notevolmente la produzione di eterostrutture di van der Waals e il loro utilizzo in dispositivi elettronici, portandoci un passo più vicino alla realizzazione di dispositivi contenenti materiali di design a livello atomico.