Гетероструктуры Ван-дер-Ваальса — это собрания атомарно тонких двумерных кристаллических материалов, которые обладают прекрасными свойствами проводимости для использования в современных электронных устройствах. Известным примером двумерного полупроводника будет графен, состоящий из сотовой решетки атомов углерода толщиной всего в один атом. Раньше разработка гетероструктур Ван-дер-Ваальса была ограничена сложными и трудоемкими ручными операциями, необходимыми для их производства. Двумерные кристаллы, полученные путем эксфолиации сыпучего материала, нужно было идентифицировать, собирать, а затем укладывать вместе вручную. Такой процесс явно не подходит для промышленного производства электронных устройств с вандерваальсовыми гетероструктурами.

Группа японских ученых из Института промышленной науки при Токийском университете решила эту проблему, разработав автоматизированного робота, который значительно ускоряет сборку двумерных кристаллов и формирование вандерваальсовых гетероструктур. Робот состоит из автоматического высокоскоростного оптического микроскопа, который обнаруживает кристаллы и записывает их положения и параметры в компьютерную базу данных. Специальное ПО проектирует гетероструктуры, используя информацию в базе данных. Затем гетероструктура собирается роботизированным оборудованием, управляемым компьютерным алгоритмом.

Результаты работы были опубликованы в Nature Communications.

«Робот может найти, поднять и собрать двумерные кристаллы в небольшом ящике», говорит автор работы Сатору Масубучи. «Он способен находить до 400 графеновых хлопьев в час, что намного быстрее, чем если делать это вручную».

Собирая графеновые хлопья в гетероструктуры Ван-дер-Ваальса, робот сумел составить до четырех слоев в час. С его помощью создали вандерваальсовую гетероструктуру (на фото выше) из 29 чередующихся слоев графена и шестиугольного нитрида бора (другого распространенного полупроводника). Рекордное число слоев, произведенных вручную, было 13, поэтому робот значительно превзошел людей в способности к этой операции.

Разработка такого робота значительно ускорит и улучшит производство гетероструктур и их использование в электронных устройствах, шаг за шагом приближая нас к созданию устройств, содержащих дизайнерские материалы на атомном уровне.