二维材料的原子级精确组装为下一代电子产品铺平道路

可扩展性：该团队已经展示了二维材料毫米级区域的清洁转移，为在下一代电子设备中使用这些材料铺平了道路。

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这种普遍存在的转移引起的污染，以及转移过程中引入的可变应变，一直是阻碍基于二维材料的工业上可行的电子元件开发的主要障碍。

曼彻斯特大学的研究人员在二维晶体转移方面取得了突破，为其在下一代电子产品中的商业化铺平了道路。这项突破性的技术在最近的《自然电子》出版物中进行了详细介绍，它利用完全无机印模来创建迄今为止最干净、最均匀的二维材料堆栈。

该团队由国家石墨烯研究所的RomanGorbachev教授领导，利用无机印模在超高真空环境中精确地将二维晶体“拾取并放置”到多达8个单层的范德华异质结构中。

这一进步在更广泛的区域实现了原子级清洁的界面，与现有技术相比是一个重大飞跃，也是迈向基于二维材料的电子设备商业化的关键一步。

此外，新印模设计的刚性有效地最大限度地减少了组装堆叠中的应变不均匀性。该团队观察到，与当前最先进的组件相比，“扭曲”界面的局部变化显着减少了一个数量级。

按定义的顺序精确堆叠单个二维材料具有在原子水平上设计具有新颖混合特性的晶体的潜力。

虽然已经开发了许多技术来转移各个层，但几乎所有技术都依赖于有机聚合物膜或印模在从原始基材到目标基材的过渡过程中提供机械支撑。不幸的是，即使在严格控制的洁净室环境中，这种对有机材料的依赖也不可避免地会引入二维材料表面污染。

在许多情况下，二维材料层之间捕获的表面污染物会自发地分离成由原子级清洁区域分隔的孤立气泡。“这种分离使我们能够探索原子完美堆栈的独特属性，”戈尔巴乔夫教授解释说。

“然而，对于简单的堆叠，污染物气泡之间的清洁区域通常限制在数十微米，对于涉及额外层和界面的更复杂结构，清洁区域甚至更小。”

他进一步阐述道：“这种普遍存在的转移引起的污染，以及转移过程中引入的可变应变，一直是阻碍基于二维材料的工业上可行的电子元件开发的主要障碍。”

传统技术中使用的聚合物载体既是纳米级污染的来源，也是消除预先存在的和环境污染物的努力的障碍。例如，吸附的污染物在高温下变得更容易移动并且可能完全解吸，但聚合物通常不能承受高于几百度的温度。

此外，聚合物与许多液体清洁剂不相容，并且在真空条件下容易释气。

“为了克服这些限制，我们设计了一种替代混合印模，其中包括用于机械支撑的柔性氮化硅膜和作为粘性‘胶水’用于拾取二维晶体的超薄金属层，”该论文的第二作者NickClark博士解释道。研究。

“使用金属层，我们可以小心地拾取单个2D材料，然后依次将其原子平坦的下表面“压印”到其他晶体上。这个完美界面上的范德华力导致这些晶体粘附，使我们能够构建多达8层的完美堆叠。”

在成功演示了使用“胶带”方法从晶体上机械剥离微观薄片的技术后，该团队扩大了超净转移工艺的规模，以处理从气相生长的更大尺寸的材料，实现了毫米级区域的清洁转移。使用这些“生长”的二维材料的能力对于其可扩展性和在下一代电子设备中的潜在应用至关重要。

认识到这一突破的重要性，曼彻斯特大学已提交了一项待审专利申请，以保护所涉及的方法和设备。研究团队现在渴望与行业合作伙伴合作，评估这种方法从生长基板晶圆级转移二维薄膜的有效性。

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