Elektronické součástky často vyžadují, aby 2D materiály byly připraveny v přesných tvarech. Litografické techniky používané např. při výrobě klasických čipů jsou ale v případě 2D materiálů použitelné jen obtížně. „Vyřezávání“ tvaru pomocí rychlých elektricky nabitých částic nebo agresivních chemikálií by snadno mohlo zničit celý 2D materiál.
Ve švýcarském výzkumném ústavu Ecole Polytechnique Federale v Lausanne nyní proto postup upravili. Nová technika používá k vyřezání tvaru miniaturní „skalpel“, který působí pomocí tepla a tlaku. Teplo slouží i k tomu, aby se změnily vlastnosti podkladového substrátu – snížila se jeho pevnost nebo se molekuly v místě řezu dokonce vypařily (lze realizovat, pokud se tepelná stabilita substrátu a 2D materiálu výrazně liší – například některé podkladové polymery mohou sublimovat snadno, křemíkový čip je tepelně jinak stabilní než uhlíkové materiály na něm apod.).
Postup byl demonstrován na 2D formě telluridu molybdeničitého MoTl2, což je jinak běžný zástupce polovodičů (ze skupiny tzv. chalkogenidů přechodných kovů). Řezací hrot měl podobu ostré špičky nanometrových rozměrů, která se v tomto případě zahřála na asi 180 °C. Požadovaný tvar se podařilo vykrojit bez poškození okolní 2D vrstvy. Technika je podobná mikroskopii atomárních sil (AFM), autoři studie ji označili jako litografie s termální skenovací sondou (thermal scanning probe lithography, t-SPL). Jednotlivé postupy, tj. ultrarychlý ohřev, chlazení a pohyby hrotu je třeba samozřejmě přesně koordinovat, postup je plně řízen a prováděn pomocí speciálního zařízení a ovládacího programu.
Výzkum má pokračovat v několika směrech. Zaprvé je třeba rozšířit množinu 2D materiálů, které takto půjdou upravovat (a tomu přizpůsobit podmínky – teplotu hrotu, podobu substrátu apod.). Pro výrobu v průmyslovém měřítku by byl potřeba také vyšší výkon/rychlost. Očekávaný výsledek za to ale stojí: řada 2D materiálů se chová jako polovodiče, často mají i jiné speciální vlastnosti (supravodivost, topologické izolátory, rychlost pohybu elektronů, možnosti řízení spinu…) a lze je použít jako základ pro nanoelektronické nebo nanofotonické systémy.
Xia Liu et al. Thermomechanical Nanocutting of 2D Materials, Advanced Materials (2020). DOI: 10.1002/adma.202001232
Zdroj: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne/Phys.org a další