Ученые и промышленность давно работают с материалами толщиной в единицы атомов. Это настолько мало, что их считают двумерными, а свойства таких материалов значительно отличаются от объемных.
В лабораторных условиях работы с ограниченным количеством небольших образцов для отделения слоев материала друг от друга повсеместно используют скотч. Так получают графен, слой углерода толщиной в один атом. Хотя метод работает, он не идеален. Материал трескается, его отделяют от скотча в виде небольших чешуек, слишком маленьких для большинства устройств. К тому же их приходится очищать от клея.
Физики придумали, как переносить ультратонкие материалы на текстурированные поверхности, не повреждая ни переносимый слой, ни поверхность. Оказалось, для этой задачи прекрасно подходит пищевая пленка из линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПНП). Ученые сообщили об этом в статье для журнала ACS Nano.
В эксперименте исследователи перенесли однослойный WS2 с подложки оксида кремния на другой оксид кремния. Они создали штамп, состоящий из капли суперклея, покрытого пищевой пленкой. Штамп привели в контакт с WS2 , нагретым до 70° C, после контакта систему нагрели до 140° C для образования прочного сцепления. При этой температуре ЛПНП плавится и захватывает образец.
Затем штамп перенесли к другой подложке и нагрели уже до 150 °C. Это еще раз изменило свойства ЛПНП — снизилась вязкость полимера. На этом этапе исследователи отодвинули штамп в сторону, и на подложке остался монослой WS2 с остаточным ЛПНП на поверхности. Его счистили с помощью олеиновой кислоты, ортоксилола и изопропилового спирта. Для переноса гетероструктуры с гексагональным нитридом бора выполнили почти тот же процесс, но изменили температуру и растворители, которыми снимали остатки пищевой пленки.
«Открытие возможности использования пищевой пленки для этого применения произошло совершенно случайно. Мы пытались воспроизвести результаты исследовательской группы в Японии, но оказалось, что пищевая пленка для кухни в Европе изготавливается из другого полимера. Мы заметили, что используемый здесь полимер плавится при 120 °C, в то время как их — нет. Это свойство оказалось определяющим фактором успешного переноса 2D-материала: мы могли просто расплавить пищевую пленку поверх материала, чтобы она приклеилась», — рассказал руководитель группы 2D-нанофотоники в Институте физики Амстердамского университета профессор Йорик ван де Гроп (Jorik van de Groep)
Ученые считают, что у новой техники большое будущее. Она не только позволяет переносить хрупкие материалы, но и улучшает их излучательные характеристики. Это открывает путь к промышленному производству транзисторов и сверхтонких оптических элементов на основе двумерных материалов.