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May 18, 2024

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Scientific Reports volume 12, Numero articolo: 10936 (2022) Cita questo articolo 2387 Accessi 2 Citazioni 3 Dettagli metriche altmetriche Presentiamo una tecnica di assemblaggio pick-and-flip a secco per risolti in angolo

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 10936 (2022) Citare questo articolo

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Presentiamo una tecnica di assemblaggio pick-and-flip a secco per la spettroscopia di fotoemissione risolta in angolo (ARPES) di eterostrutture di van der Waals. Combinando la resina acrilica Elvacite2552C e il liquido ionico 1-etil-3-metilimidazolio, abbiamo preparato polimeri con temperature di transizione vetrosa (Tg) comprese tra 37 e 100 ℃. L'adesione del polimero ai cristalli 2D è stata migliorata a \({T}_{\text{g}}\). Utilizzando la differenza in \({T}_{\text{g}}\), un'eterostruttura 2D può essere trasferita da un polimero ad alto \({T}_{\text{g}}\) a un polimero inferiore -\({T}_{\text{g}}\) polimero, che permette di capovolgerne la superficie. Questo processo è adatto per assemblare eterostrutture per ARPES, dove lo strato di copertura superiore dovrebbe essere di grafene monostrato. Le misurazioni ARPES microfocalizzate basate su laser di WTe2 a 5 strati, MoTe2 a 3 strati, WTe2 a 2 strati/Cr2Ge2Te6 a pochi strati e WTe2 a doppio strato ritorto dimostrano che questo processo può essere utilizzato come metodo versatile di fabbricazione del campione per indagare gli spettri energetici di eterostrutture 2D.

Le eterostrutture bidimensionali di van der Waals offrono opportunità senza precedenti per esplorare la fisica correlata emergente1. La spettroscopia di fotoemissione risolta in angolo (ARPES) è probabilmente lo strumento più diretto per studiare le strutture di bande elettroniche delle eterostrutture 2D di van der Waals2. Tuttavia, studiare tali eterostrutture mediante ARPES è impegnativo. Per garantire il requisito di sensibilità superficiale per ARPES, dove la maggior parte degli elettroni fotoeccitati ha origine dai primi strati atomici3, è necessario un campione con una superficie atomicamente piatta e pulita in condizioni di vuoto ultraelevato2,4,5,6,7,8,9 ,10. La copertura di una superficie eterostruttura di van der Waals con grafene monostrato o nitruro di boro esagonale (h-BN) aiuta a soddisfare questo requisito6. La natura idrofobica del grafene e della superficie h-BN consente la rimozione dei contaminanti adsorbiti mediante ricottura in condizioni di vuoto ultraelevato. Inoltre, consente lo studio degli spettri energetici delle eterostrutture, dove è assente l'ibridazione della struttura a bande con grafene e h-BN. Gli elettroni fotoeccitati possono fuoriuscire dall'eterostruttura senza perdere quantità di moto ed energia.

Un approccio alla fabbricazione di eterostrutture di van der Waals per ARPES è l'assemblaggio di pick-up a secco6,11,12,13. Il grafene monostrato viene prima raccolto da un polimero (tipicamente una pellicola di policarbonato su un blocco di polidimetilsilossano)14. Successivamente, i cristalli 2D mirati vengono raccolti in sequenza toccando il monostrato di grafene sui cristalli 2D. Infine, le eterostrutture sono state trasferite su un substrato di silicio. Sebbene queste tecniche consentano l’ARPES di WTe26 e WSe211, permangono alcune sfide. Questo perché (i) il monostrato di grafene sul polimero si strappa dopo alcuni cicli di raccolta, il che impedisce l'assemblaggio di eterostrutture con più strati. (ii) La resa per raccogliere scaglie 2D mediante grafene monostrato è inferiore a quella nel caso in cui vengono utilizzate scaglie più spesse. (iii) Il processo è incompatibile con il metodo Tear-and-Stack per fabbricare eterostrutture ritorte con controllo preciso dell'angolo di rotazione, poiché richiede che una spessa scaglia 2D venga posizionata sul polimero pick-up15. Pertanto, vi è la richiesta di sviluppare un metodo per assemblare eterostrutture in ordine inverso, cioè da scaglie spesse a scaglie sottili, e capovolgere la loro superficie sottosopra e rilasciarla su un substrato designato, che chiamiamo assemblaggio pick-and-flip. tecnica. Finora sono state sviluppate diverse tecniche di assemblaggio pick-and-flip per fabbricare eterostrutture di van der Waals per misurazioni STM, tuttavia queste tecniche sono incompatibili con il tradizionale vano portaoggetti perché utilizzano acqua16,17 o solventi organici18 per trasferire le eterostrutture da un polimero timbro all'altro secondo timbro.