Forscher modellieren 2D-Materialien mithilfe eines kommerziellen Zweiermodells

Forscher der Universität der Bundeswehr München & des Forschungszentrums SENS und des KTH Royal Institute of Technology demonstrierten kürzlich die berührungslose und lackfreie Strukturierung von Platindiselenid (PtSe2), Molybdändisulfid (MoS2) und Graphenschichten mit nanoskaliger Präzision und hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit unter Beibehaltung der Integrität des umgebenden Materials.

Das Team nutzte einen handelsüblichen Zwei-Photonen-3D-Drucker, um Muster mit Strukturen bis zu 100 nm und einer maximalen Schreibgeschwindigkeit von 50 mm/s direkt in die 2D-Materialien zu schreiben.

Herkömmliche Methoden wie die optische Lithographie und die Laserinterferenzlithographie erfordern die Beschichtung des 2D-Materials mit einer Schutzlackmaske, sodass beim Ätzen nur bestimmte Bereiche des 2D-Materials freigelegt werden. Allerdings kann der Prozess des Beschichtens, Entwickelns und Entfernens des Fotolacks das 2D-Material beschädigen. Die in dieser Studie vorgestellte Technik erfordert keine Maskierungsschicht, wodurch eine Kontamination und Beschädigung des Substrats vermieden wird.

In dieser Studie gelang es dem Team, einen kontinuierlichen Film aus 2D-Material in weniger als 3 s von einer 200 μm × 200 μm großen Substratfläche zu entfernen. Da Zwei-Photonen-3D-Drucker zunehmend in Forschungslaboren und Industrieanlagen verfügbar sind, erwarten die Wissenschaftler, dass diese Methode ein schnelles Prototyping von Geräten auf Basis von 2D-Materialien in verschiedenen Forschungsbereichen ermöglichen wird.

„Die Bereitstellung einer Möglichkeit, mit 2D-Materialien außerhalb von Reinräumen zu arbeiten, senkt die Hürde für die Teilnahme an diesem spannenden Forschungsgebiet“, sagt Alessandro Enrico, einer der Hauptautoren der Studie, der früher in der Abteilung für Mikro- und Nanosysteme (MST) arbeitete. an der KTH und wechselte kürzlich an die Universität Pavia in Italien. „Dieser Ansatz hat weitere Vorteile gegenüber herkömmlichen lithografischen Verfahren: Das Material wird durch mehrere Beschichtungs- und Lösungsmittelspülschritte nicht beschädigt oder verunreinigt. Der Verzicht auf Chemikalien bedeutet auch einen umweltfreundlicheren Ansatz für die Forschung und Produktion von 2D-Materialien“, fügt der Forscher hinzu.

Der nächste Schritt besteht darin, die Kompatibilität dieser Methode mit schwebenden 2D-Materialmembranen zu untersuchen und das Glassubstrat durch andere funktionelle zu ersetzen.

Dieses Projekt wurde im Rahmen des Graphene Flagship und des Graphene Flagship Partnering Project FLAG-ERA JTC 2019 2D-NEMS durchgeführt, das mit dem Sensors Work Package des Graphene Flagship verbunden ist.