Les hétérostructures de Van der Waals sont des assemblages de matériaux cristallins bidimensionnels (2D) atomiquement minces qui présentent des propriétés de conduction attrayantes pour une utilisation dans des dispositifs électroniques avancés.

Un semi-conducteur 2-D représentatif est le graphène, qui se compose d'un réseau en nid d'abeilles d'atomes de carbone qui n'a qu'un atome d'épaisseur. Le développement des hétérostructures de van der Waals a été limité par les opérations manuelles compliquées et longues nécessaires à leur production. C'est-à-dire, les cristaux 2-D typiquement obtenus par exfoliation d'un matériau en vrac doivent être identifiés manuellement, collecté, puis empilés par un chercheur pour former une hétérostructure de van der Waals. Un tel procédé manuel est clairement inadapté à la production industrielle de dispositifs électroniques contenant des hétérostructures de van der Waals

Maintenant, une équipe de recherche japonaise dirigée par l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo a résolu ce problème en développant un robot automatisé qui accélère considérablement la collecte de cristaux 2D et leur assemblage pour former des hétérostructures de van der Waals. Le robot se compose d'un microscope optique automatisé à grande vitesse qui détecte les cristaux, dont les positions et les paramètres sont ensuite enregistrés dans une base de données informatique. Un logiciel personnalisé est utilisé pour concevoir des hétérostructures en utilisant les informations de la base de données. L'hétérostructure est ensuite assemblée couche par couche par un équipement robotique dirigé par l'algorithme informatique conçu. Les résultats ont été rapportés dans Communication Nature .

"Le robot peut trouver, collecter, et assembler des cristaux 2-D dans une boîte à gants, ", a déclaré le premier auteur de l'étude, Satoru Masubuchi. " Il peut détecter 400 flocons de graphène par heure, ce qui est beaucoup plus rapide que le taux atteint par les opérations manuelles."

Lorsque le robot a été utilisé pour assembler des flocons de graphène dans des hétérostructures de van der Waals, il pourrait empiler jusqu'à quatre couches par heure avec seulement quelques minutes d'intervention humaine requises pour chaque couche. Le robot a été utilisé pour produire une hétérostructure de van der Waals composée de 29 couches alternées de graphène et de nitrure de bore hexagonal (un autre semi-conducteur 2-D courant). Le nombre de couches d'enregistrement d'une hétérostructure de van der Waals produite par des opérations manuelles est de 13, le robot a donc considérablement augmenté notre capacité à accéder aux hétérostructures complexes de van der Waals.

"Une large gamme de matériaux peut être collectée et assemblée à l'aide de notre robot, " explique le co-auteur Tomoki Machida. " Ce système offre la possibilité d'explorer pleinement les hétérostructures de van der Waals. "

Le développement de ce robot facilitera grandement la production des hétérostructures de van der Waals et leur utilisation dans les appareils électroniques, nous rapprochant un peu plus de la réalisation de dispositifs contenant des matériaux de conception de niveau atomique.