Van der Waals heterostrukturer är sammansättningar av atomtunna tvådimensionella (2-D) kristallina material som uppvisar attraktiva ledningsegenskaper för användning i avancerade elektroniska enheter.

En representativ 2-D halvledare är grafen, som består av ett bikakegitter av kolatomer som bara är en atom tjockt. Utvecklingen av van der Waals heterostrukturer har begränsats av de komplicerade och tidskrävande manuella operationer som krävs för att producera dem. Det är, 2-D-kristallerna som vanligtvis erhålls genom exfoliering av ett bulkmaterial måste identifieras manuellt, samlade in, och sedan staplad av en forskare för att bilda en van der Waals heterostruktur. En sådan manuell process är helt klart olämplig för industriell produktion av elektroniska enheter som innehåller van der Waals heterostrukturer

Nu, en japansk forskargrupp ledd av Institute of Industrial Science vid University of Tokyo har löst detta problem genom att utveckla en automatiserad robot som kraftigt påskyndar insamlingen av 2-D-kristaller och deras montering för att bilda van der Waals heterostrukturer. Roboten består av ett automatiserat höghastighetsoptiskt mikroskop som detekterar kristaller, vars positioner och parametrar registreras sedan i en databas. Anpassad programvara används för att designa heterostrukturer med hjälp av informationen i databasen. Heterostrukturen monteras sedan lager för lager av en robotutrustning som styrs av den designade datoralgoritmen. Resultaten rapporterades i Naturkommunikation .

"Roboten kan hitta, samla, och montera 2-D-kristaller i en handskfack, "studerar första författaren Satoru Masubuchi." Den kan upptäcka 400 grafenflingor i timmen, vilket är mycket snabbare än den hastighet som uppnås med manuella operationer. "

När roboten användes för att montera grafenflingor i van der Waals heterostrukturer, det kan staplas upp till fyra lager i timmen med bara några minuters mänsklig input som krävs för varje lager. Roboten användes för att producera en van der Waals heterostruktur bestående av 29 alternerande lager av grafen och hexagonal bornitrid (en annan vanlig 2-D halvledare). Rekordlagret för en van der Waals heterostruktur som produceras vid manuella operationer är 13, så har roboten kraftigt ökat vår förmåga att komma åt komplexa van der Waals heterostrukturer.

"Ett brett spektrum av material kan samlas och monteras med vår robot, "författare Tomoki Machida förklarar." Detta system ger potential att fullt ut utforska van der Waals heterostrukturer. "

Utvecklingen av denna robot kommer att underlätta produktionen av van der Waals heterostrukturer och deras användning i elektroniska enheter, tar oss ett steg närmare att förverkliga enheter som innehåller designmaterial på atomnivå.