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Verfahren zum Schneiden von 2D-Materialien mit hoher Präzision

Alle Materialien haben ihre eigenen Eigenschaften – sie können beispielsweise isolierend, halbleitend, metallisch, transparent oder flexibel sein. Einige kombinieren mehrere sehr nützliche Eigenschaften, wie z. B. 2D-Materialien. Diese Materialien bestehen nur aus einer oder wenigen Atomschichten und sind daher sehr vielversprechend für die Herstellung elektronischer und optoelektronischer Geräte der nächsten Generation.

„In unserem Bereich ist Silizium immer noch König. Aber für einige elektronische Geräte, die Flexibilität oder Transparenz erfordern, ist es an seine Grenzen gestoßen. 2D-Materialien könnten eine praktikable Option sein.“ EPFL School of Engineering Microsystem Experiment Professor Jürgen Brugger, Leiter von Raum 1, sagte.

Passen Sie die Eigenschaften einer bestimmten Anwendung an

Vor der Verwendung von 2D-Materialien müssen sie strukturiert werden, d. h. sie müssen auf die für eine bestimmte Anwendung geeignete Größe und Form zugeschnitten werden. Ob im gesamten Material oder an einer bestimmten Stelle, seine physikalischen Eigenschaften (wie die Bandlücke) müssen angepasst werden.

Verfahren zum Schneiden von 2D-Materialien mit hoher Präzision

Wissenschaftler des Microsystems Laboratory 1 haben gemeinsam mit der ETH Zürich und IBM eine neue Methode entwickelt, um die Eigenschaften dieser Materialien zu verändern.

Verformung von Materialien mit Nanospitzen

Das Forschungsteam verwendete die thermische Rastersondenlithographie (t-SPL), bei der eine erhitzte Nanospitze auf das Material aufgebracht und Druck ausgeübt werden muss, um die gewünschte Form (in diesem Fall wellig) zu erzeugen. Kontrollieren Sie gleichzeitig Kraft und Temperatur sorgfältig.

„Es gibt bereits mehrere Methoden, die 2D-Materialien global und lokal verformen können. Aber unsere thermomechanische Methode wird eine stärkere Verformung und damit größere Veränderungen der physikalischen Eigenschaften des Materials bewirken.“ Das sagte die EPFL-Laborwissenschaftlerin Ana Conde-Rubio. Genauer gesagt kann das neue Verfahren die Energielücke zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband verändern, wodurch die elektronischen und optischen Eigenschaften des Materials verändert werden. Diese Änderung der Bandlücke kann lokal mit einer Ortsauflösung von nur 20 Nanometern durchgeführt werden.

Die erhitzte Nanospitze verformt das Material, um seine Eigenschaften zu ändern. Bild: Samuel Howell)

Ein einziges Werkzeug zum Schneiden und Modifizieren von 2D-Materialien

Wissenschaftler haben eine Methode entwickelt, um 2D-Materialien mit hoher Präzision zu schneiden. Ihr Ziel ist es nun, diesen Ansatz mit neuen Methoden zu kombinieren, die die Eigenschaften von Materialien verändern. „Mit dem gleichen Werkzeug t-SPL werden wir in der Lage sein, Geräte mit der erforderlichen Form, Größe und physikalischen Eigenschaften herzustellen, und die Auflösung kann bis zu 10 Nanometer betragen.“ sagte Xia Liu, eine andere Wissenschaftlerin im Brugger-Labor.

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in Nano Letters („Thermomechanical Nano Strain of Two-Dimensional Materials“) veröffentlicht.

Ihre Arbeit ist Teil eines größeren Forschungsprojekts, das darauf abzielt, neue Verfahren zur Herstellung und Modifizierung von Polymermaterialien für tragbare Geräte und implantierbare Geräte zu entwickeln. Ziel ist es, den Übergang der nächsten Gerätegeneration von der Produktion im Labormaßstab zur Produktion im industriellen Maßstab zu vollziehen.

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