Jornal Mato-Grossense de Física
ISSN Eletrônico: 2965-1964 Programa de Pós-Graduação em Física - IF/UFMT
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JMFis 10-2, 8 (2025)
Tutorial de Fabricação de Heteroestruturas 2D: Da Esfoliação Mecânica ao Empilhamento Determinístico
Autor
Ingrid D. Barcelos and Alisson R. Cadore
Resumo
Os materiais bidimensionais (M2Ds) têm atraído crescente interesse desde a descoberta do grafeno, devido às suas propriedades eletrônicas, ópticas e mecânicas únicas, além do potencial para aplicações em nanotecnologia. Esses sistemas, compostos por monocamadas unidas por interações de van der Waals, podem ser combinados em heteroestruturas 2D (HvdWs), permitindo integrar materiais com diferentes estruturas cristalinas e funcionalidades. A fabricação dessas HvdWs envolve etapas críticas: esfoliação mecânica, caracterização óptica, espectroscópica e morfológica, empilhamento determinístico e remoção de imperfeições. Este tutorial apresenta fundamentos físicos, boas práticas e soluções para desafios recorrentes, incluindo o uso de cristais de alta pureza, substratos otimizados, técnicas limpas de montagem e tratamentos térmicos para obtenção de interfaces livres de contaminantes. Além disso, discute tendências de automação e padronização, visando maior reprodutibilidade e escalabilidade. As orientações reunidas oferecem suporte para o estudo de propriedades emergentes dos M2Ds e o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos avançados.
Abstract
Two-dimensional materials (2DMs) have attracted growing interest since the discovery of graphene, owing to their unique electronic, optical, and mechanical properties, as well as their potential for nanotechnology applications. These systems, composed of monolayers bound by van der Waals interactions, can be combined into two-dimensional heterostructures (vdW-HSs), enabling the integration of materials with different crystal structures and functionalities. The fabrication of vdW-HSs involves critical steps: mechanical exfoliation, optical, spectroscopic, and morphological characterization, deterministic stacking, and removal of imperfections. This tutorial presents physical fundamentals, best practices, and solutions for recurring challenges, including the use of high-purity crystals, optimized substrates, clean assembly techniques, and thermal treatments to achieve contaminant-free interfaces. Furthermore, it discusses automation and standardization trends aimed at improving reproducibility and scalability. The guidelines compiled here provide a solid basis for exploring emergent properties of 2DMs and advancing the development of next-generation optoelectronic devices.
DOI
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