物理学家英格丽德·法德利
（同organic）有机 自动组装结构的例子:(a) 25层MoS2，(b)mos 2和WS2的超晶格，(c)mos 2和WSe2的超晶格，(d) 4层旋转的WS2，(e)mos 2的16层“棋盘状结构”，(f)mos 2和WSe2的组合固体
鸣谢:Mannix等人
2D范德瓦尔斯晶体是一类显示出强面内共价键和弱层间相互作用的材料，由于其过多独特的电学、光学和机械性质，最近已经成为众多研究的焦点
奇怪的是，当不同范德华晶体片混合垂直堆叠在一起时，它会获得任何组成层都没有的新特性
最近，芝加哥大学、康奈尔大学和密歇根大学的研究人员一直在探索一种新的机器人技术来组装复杂的范德瓦尔斯结构，以便更有效地研究它们的混合特性
在《自然纳米技术》杂志上新发表的一篇论文中，该团队介绍了一种用于4D组装范德瓦尔斯固体的机器人自动化方法，该方法基于他们之前工作中介绍的晶片级2D材料合成和真空下材料清洁堆叠技术
“虽然我们过去开发的技术允许我们堆叠大约一平方厘米的2D材料层，但很难创建具有微米级分辨率的复杂平面设计的结构，”该研究的主要作者之一Andrew Ye告诉Phys
（同organic）有机
“最终，我们需要一种技术，在制造具有微米级几何复杂性的结构时，能够利用晶圆级材料和真空堆叠的清洁度
我们的新方法允许我们这样做
" 目前，许多由2D材料构成的异质结构是使用剥离的2D薄片构建的
然而，这些薄片可能具有非常随机的形状，因此所得到的组装结构的几何形状可能显得有些“杂乱无章”
" “与这些技术相反，我们新开发的方法使我们能够制造具有复杂几何形状的结构，”叶解释道
“这是因为我们从一片材料开始，然后干净利落地将其图案化成离散的‘像素化’单元阵列
这些像素成为组装复杂结构的构建模块
" 为了组装范德瓦尔斯结构，叶和他的同事们使用了他们定制的一种仪器，该仪器由一个带有(X，Y，Z和θ)致动器的高真空室组成，该真空室装有一个精心设计的聚合物印模
真空室确保其内部的材料在制造过程中保持原始状态
渲染一个机器人工厂从像素积木组装复杂的晶体结构
鸣谢:由Andrew Ye提供渲染
四轴致动器允许仪器以高精度控制聚合物印模的运动
最后，聚合物印模可以用来有条不紊地从芯片上拾取像素，然后轻轻地将它们放到另一个芯片上
“因为我们的过程是高度自动化的，我们可以在没有操作员控制的情况下运行我们的机器，并以每小时大约30层的速度组装结构，”叶解释说
“这比以前能做到的要快一个数量级
" 最近的论文介绍了一种新的、有价值的范例，可用于从晶圆级合成材料开始制造复杂的范德华异质结构
这种有利的新方法有助于推进基于2D材料的异质结构的组装，超越现有的小规模实验室技术
“在学术研究的背景下，我们展示了这种技术可以用于快速研究单个结构内不同材料的排列(例如探索新的光学或电学现象)，以及研究多层θ-扭曲单晶2D材料的属性，这是凝聚态物理学界感兴趣的，”叶说
在未来，这个研究团队引入的组装方法可以用于大规模制造基于2D材料的电子产品
虽然现有的实验室技术通常只能用于可靠地制造几微米大小的异质结构，但叶和他的同事提出的方法可以大规模制造100微米大小的复杂范德华固体
“我们现在正计划进一步开发电极在机器人堆垛过程中的应用，”叶补充道
“此外，在多层θ-扭曲单晶2D材料中有许多有趣的物理性质，我们想更深入地研究
"
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