c) Các nghiên cứu trên thực nghiệm
2.4.2.Phương pháp bóc tách cơ học và bảo quản các lớp CrX3 siêu mỏng
Tương tự như các vật liệu 2D vdW khác, các vật liệu từ tính 2D siêu mỏng có thể thu được thông qua việc bóc tách cơ học (Hình 2.15). Năng lượng phân cắt của vật liệu xác định mức độ dễ dàng của việc bóc tách xuống độ dày lớp nguyên tử. Các tính toán đã chỉ ra rằng năng lượng phân tách của CrI3 là 0.30 J.m2 [16,22,37]. Do đó, về nguyên tắc, CrI3 có thể thu được bằng cách bóc tách cơ học. Mặt khác, độ cứng liên kết trong mặt phẳng yếu hơn nhiều so với graphene, xác định kích thước của các lớp mỏng được bóc tách.
35
Hình 2.15. Một số phương pháp bóc tách cơ học. a) Minh họa sơ đồ của quá
trình bóc tách đơn lớp MoX2 sử dụng Au. b) Sơ đồ của phương pháp bóc tách cơ học mới, có hỗ trợ của Al2O3 [32].
Tuy nhiên, CrI3, cực kỳ không ổn định trong điều kiện môi trường xung quanh khi chúng được bóc tách xuống độ dày từ một đến vài đơn vị nguyên tử, như trong Hình
36 điều kiện môi trường khác nhau làm biến chất lớp CrI3 sau khi bóc tách và các cách hiệu quả để bảo vệ chúng [49].
Sự biến chất của CrI3 được tìm thấy là sự thay thế quang xúc tác của iốt bằng nước. Độ nhạy cực cao của CrI3 với ánh sáng và nước ở nhiệt độ phòng (RT) và với oxy ở nhiệt độ nung là một thách thức lớn đối với việc chế tạo thiết bị. Để khắc phục những khó khăn, lớp nguyên tử CrI3 có thể được kẹp giữa hai lớp hBN để bảo vệ. hBN là nguyên tử phẳng với rất ít khuyết tật và không có bất kỳ liên kết tự do/lơ lửng nào [9], và có chức năng cực kỳ tốt như một lớp bảo vệ [14,32], tương tự như graphene (Hình 2.16 b)
[11]. Các cấu trúc được thiết kế kết hợp sử dụng graphite (tiếp xúc điện cực) và hBN (lớp bảo vệ và cách ly) cho các nghiên cứu từ điện tở xuyên hầm CrI3 [36], như trong
37
Hình 2.16. a) Sự biến chất của các lớp CrI3 (<20nm) theo thời gian khi không
được bảo vệ trong không khí. b) Lớp CrI3 được kẹp giữa hBN và graphene. c, d) Hình ảnh hiển vi quang học của các thiết bị CrI3 và sơ đồ tương ứng của cấu trúc dị thể vdW: c) không có cổng trên và cổng sau; d) với cổng trên và cổng sau. Ở phần bên trái của (d), các thanh tỷ lệ đại diện cho 50μm ở bên trái và 20 μm ở bên phải [32].
Sau khi bóc tách, độ dày của các lớp nguyên tử được xác định. Độ tương phản quang học có thể được sử dụng để gán định lượng số lớp [22]; bằng cách tương quan các
38 thay đổi về độ tương phản quang học với chiều cao được đo bằng kính hiển vi lực nguyên tử, độ dày có thể được xác định một cách định lượng. Ngoài ra, tán xạ Raman có thể cung cấp thông tin bổ sung về độ dày. Việc xác định chính xác độ dày của mảnh siêu mỏng là điều kiện tiên quyết để nghiên cứu các thuộc tính phụ thuộc độ dày [11].