配景

最近幾年來，石墨烯、六方氮化硼、黑磷、過渡族金屬化合物（二硫化鉬、二硫化鎢、二硒化鎢）等二維資料，曾經成為熱點前沿科技范疇之一。簡略說，二維資料普通由一層或幾層原子構成。它不只非常輕浮，并且具有優良的電氣、機械、熱學、光學等特征。

六方氮化硼構造表示圖

（圖片起源：維基百科）

石墨烯構造表示圖

（圖片起源：Tatiana Shepeleva/Shutterstock）

所以，二維資料的運用范疇非常遼闊，例如：自旋電子、印刷電子、柔性電子、微電子、存儲器、處置器、超透鏡、太赫茲、超等電容、太陽能電池、防偽標簽、量子點、傳感器、半導體系體例造、NFC、醫療等等。

二維資料的每一個片層都含有一個共價聯合，且不存在吊掛鍵的晶格，每一個片層都能經由過程范德華力與相鄰片層構成弱互相感化。是以，分歧的二維資料可以好像積木般堆疊在一路，停止優勢互補，完成奇特的新功效。把分歧的二維資料經由過程弱范德華感化力（存在于中性份子或原子之間的弱互相感化）堆疊在一路，就構成了所謂的“范德華異質結”（van der Waals heterostructures）。

時下，范德華異質結是納米技巧方面惹起迷信家們濃重興致的新興范疇之一。將具有分歧特征（例如電學和光學等）的二維資料堆疊在一路后，迷信家們能對組合而成的“新”資料特征完成人工調控。另外，因為層間弱的范德華感化力，相鄰的層間不再受晶格必需相婚配的限制。關于分歧金屬、半導體和絕緣體層狀異質構造的新特征的研討，增進了對光探測器、光伏器件、LED等電子器件設計的改革，讓這些器件具有很多史無前例的奇特功效。

范德華異質結的開辟，一向遭到龐雜且耗時的手工制作工藝的限制。也就是說，二維晶體平日都從年夜塊資料上剝落而來，然后由研討人員停止手工的識別、收集，然后再堆疊到一路構成范德華異質結。很明顯，這類人工處置辦法沒法順應含有范德華異質結的電子器件的工業臨盆需求。

立異

近日，日本東京年夜先生產技巧研討所的科研團隊處理了這一成績。他們開辟出一種主動化機械人，年夜幅晉升了二維晶體的收集和組裝成范德華異質結的速度。研討結果揭橥于《天然通訊（Nature Communications）》雜志。

（圖片起源：SATORU MASUBUCHI / 東京年夜先生產技巧研討所）

技巧

機械人由主動化的高速光學顯微鏡構成，這類顯微鏡可以用于檢測晶體。然后，晶體的地位和參數會被記載在電腦數據庫中。采取數據庫中的信息及定制化的軟件，便可以設計出異質結。然后，再經由過程盤算機算法指點的主動化裝備一層一層地組裝異質結。

論文第一作者 Satoru Masubuchi 表現：“機械人能在手套箱中發明、收集并組裝二維晶體。它一小時可以檢測400個石墨烯薄片，這比人工操作所到達的速度快許多。”

當機械人將石墨烯薄片組裝成范德華異質結的時刻，它每小時可以堆疊四層，每層只須要幾分鐘的人工輸出。機械人用于臨盆由29個瓜代的石墨烯層與六方氮化硼層（別的一種通俗二維資料）構成的范德華異質結。

下圖是由石墨烯與六方氮化硼瓜代構成的范德華異質結

（圖片起源：SATORU MASUBUCHI / 東京年夜先生產技巧研討所）

人工操作的范德華異質結的層數記載是13，而機械人極年夜晉升了我們取得龐雜的范德華異質結的才能。

價值

論文合著者之一 Tomoki Machida 表現：“我們的機械人可以收集和組裝一系列的資料。這個體系無望充足摸索范德華異質結。”

開辟這類機械人，極年夜增進了范德華異質結的臨盆和它們在電子器件中的應用，也讓我們離完成具有原子級天然資料的器件又更近了一步。

癥結字

二維資料、石墨烯、機械人、算法