Van der Waals:lla 2D-materiaaleista 3D-kiteiksi

Van der Waals (vdW) -integraatio kiertää hilan yhteensopivuuden ja prosessien yhteensopivuuden perusrajan heteroepitaksissa hyödyntämällä kalvon siirtoa ilman, että tarvitaan kalliita instrumentteja tai pitkää kehitysprosessia. Menetelmässä on myös ennennäkemättömät vapausasteet keinotekoisten kerrostettujen vdW-rakenteiden rakentamisessa 2D-materiaalikoostumuksista tai kideparametreista riippumatta.

Viime vuodet ovatkin todistaneet edistystä vdW-integraation soveltamisessa fotoni- ja optoelektronisiin sovelluksiin, ei vain 2D-materiaaleista, vaan myös kuorituista vapaasti seisovista 3D-nanokalvoista.

Viimeaikaiset 2D-materiaaleja hyödyntävän epitaksian ja kerrosten nostotekniikka ovat mahdollistaneet laajan kokoelman toiminnallisia yksikiteisiä kolmiulotteisia (3D) ohutkalvoja, jotka voidaan myös kuoria eli irrottaa perussubstraatista vapaasti seisoviksi ohutkalvoiksi kuten 2D-materiaalitkin ja käyttää keinotekoisesti määritellyillä vdW-rajapinnoilla fotoniseen vdW-integrointiin.

Nanokalvoja, joissa on erilaisia optisia toimintoja, kuten sähköoptinen ohutkalvolitiumniobaatti, ryhmän III-V optiset vahvistusvälineet kuten GaAs ja pietsosähköiset AlN kalvot, voidaan helposti siirtää mielivaltaisiin esivalmistettuihin fotonirakenteisiin, kuten optisiin aaltoputkiin, mikroresonaattoreihin, ja metapinta massiivisiin uusiin fotonisiin sovelluksiin.

Äskettäin Nature Reviews Materialsissa julkaistussa artikkelissa "Photonic van der Waals -integraatio 2D-materiaaleista 3D-nanokalvoihin" kkansainvälisten tutkijoiden ryhmä Yhdysvalloista, Singaporesta ja Etelä-Koreasta on esittänyt kattavan katsausartikkelin, jossa kuvataan viimeaikaisiaedistysaskeleita fotonisessa vdW-integroinnissa.

Tällä hetkellä saatavilla olevat 2D- ja 3D-vdW-rakennuspalikat on luetteloitu kattavasti ja niissä esitetään aihetta yksityiskohtaisesti ohutkalvon valmistelusta laitteen toteutukseen. Tulevaisuuden mahdollisuuksia korostetaan niin edistyneessä heterointegroidussa fotoniikassa kuin vdW-metafotoniikassa, nanofotonisissa polaritoneissa sekä joustavissa ja bioyhteensopivissa optoelektronisissa sovelluksissa.

Koska fotoninen vdW-integraatiomenetelmä voi mahdollistaa aiemmin saavuttamattomien rakennekoosteita ja hybridejä heterorakenteita 2D- ja 3D-vdW-ohutkalvoisten rakenneosien ympärillä, kirjoittajat visioivat ennätyksellisellisiä uusia heterointegroituja fotonilaitteita ja eksoottista nanofotonista fysiikkaa, jotka kuoriutuvat sekaulotteisesta vdW-rajapinnoista.

Aiheesta aiemmin:

NOEMSejä van der Waalsin heterorakenteilla

Kovalenttisilla sidoksilla 2D-2D-heterorakenteita