I cristalli 2D di van der Waals, una classe di materiali che esibiscono forti legami covalenti nel piano e deboli interazioni interstrato, sono recentemente diventati il ​​fulcro di numerosi studi di ricerca a causa della loro pletora di proprietà elettriche, ottiche e meccaniche uniche. Curiosamente, quando viene assemblato un impilamento verticale ibrido di diversi fogli di cristalli di van der Waals, acquisisce nuove proprietà assenti da nessuno dei suoi strati costituenti.

Recentemente, i ricercatori dell'Università di Chicago, della Cornell University e dell'Università del Michigan hanno esplorato una nuova tecnica robotica per assemblare intricate strutture di van der Waals in modo che le loro proprietà ibride possano essere studiate in modo più efficiente. In un articolo appena pubblicato su Nature Nanotechnology , il team ha introdotto un metodo automatizzato robotico per l'assemblaggio 4D di solidi van der Waals, basandosi su tecniche per la sintesi di materiali 2D su scala wafer e l'impilamento pulito di materiali sotto vuoto introdotte nei loro lavori precedenti.

"Sebbene le tecniche che abbiamo sviluppato in passato ci consentissero di impilare strati di materiali 2D di circa un centimetro quadrato, era difficile creare strutture con intricati progetti sul piano risolti in micron", Andrew Ye, uno dei principali autori del studio, ha detto a Phys.org. "In definitiva, volevamo una tecnica che ci consentisse di sfruttare il materiale in scala di wafer e la pulizia dell'impilamento sottovuoto nel contesto di strutture di produzione con sofisticatezza geometrica su scala micron. Il nostro nuovo metodo ci consente di farlo."

Attualmente, molte eterostrutture composte da materiali 2D sono costruite utilizzando scaglie 2D esfoliate. Tuttavia, questi fiocchi possono avere forme molto casuali, quindi la geometria delle strutture assemblate risultanti può apparire alquanto "disordinata".

"Contrariamente a queste tecniche, il nostro metodo di nuova concezione ci consente di fabbricare strutture con geometrie deliberate", ha spiegato Ye. "Questo perché iniziamo con un wafer di materiale, quindi lo modelliamo in modo pulito in matrici di unità discrete "pixel". Questi pixel diventano i mattoni per le strutture complesse assemblate."

Per assemblare le strutture di van der Waals, Ye e i suoi colleghi hanno utilizzato uno strumento costruito su misura, composto da una camera ad alto vuoto con (X, Y, Z e θ ) attuatori che tengono un timbro in polimero accuratamente progettato. La camera a vuoto assicura che i materiali al suo interno rimangano incontaminati durante i processi di produzione.

Gli attuatori a quattro assi consentono allo strumento di controllare i movimenti del timbro polimerico con elevati livelli di precisione. Infine, il timbro polimerico può essere utilizzato per raccogliere metodicamente pixel di materiale da un chip e posizionarli delicatamente su un altro.

"Poiché il nostro processo è altamente automatizzato, possiamo far funzionare la nostra macchina senza il controllo dell'operatore e assemblare strutture a circa 30 strati all'ora", ha spiegato Ye. "Questo è un ordine di grandezza più veloce di quello che si poteva fare prima."

Il recente articolo introduce un nuovo, prezioso paradigma che può essere utilizzato per produrre complesse eterostrutture di van der Waals, a partire da materiali sintetizzati su scala di wafer. Questo nuovo metodo vantaggioso potrebbe aiutare a far avanzare l'assemblaggio di eterostrutture basate su materiali 2D, andando oltre le tecniche di laboratorio esistenti e su piccola scala.

"Nel contesto della ricerca accademica, mostriamo che questa tecnica potrebbe essere utilizzata per studiare rapidamente le permutazioni di diversi materiali all'interno di una singola struttura (ad esempio per esplorare nuovi fenomeni ottici o elettrici) e per studiare le proprietà del multistrato θ -materiali 2D a cristallo singolo ritorti, che sono di interesse per la comunità della fisica della materia condensata", ha affermato Ye.

In futuro, il metodo di assemblaggio introdotto da questo team di ricercatori potrebbe essere utilizzato per produrre elettronica basata su materiali 2D su larga scala. Mentre le tecniche di laboratorio esistenti possono in genere essere utilizzate solo per produrre in modo affidabile eterostrutture di pochi micron di dimensioni, il metodo proposto da Ye e dai suoi colleghi potrebbe consentire la produzione su larga scala di solidi van der Waals complessi e di 100 micron .

"Stiamo ora pianificando di sviluppare ulteriormente l'uso degli elettrodi nel processo di impilamento robotico", ha aggiunto Ye. "Inoltre, ci sono molte proprietà fisiche interessanti nel multistrato θ -materiali 2D a cristallo singolo ritorti che vorremmo approfondire." + Esplora ulteriormente

Un dielettrico di van der Waals in scala wafer basato su una pellicola di cristallo molecolare inorganico

© 2022 Rete Science X