この研究は、学術振興会の助成金番号16H06037によって支持された。北海道大学の佐々木裕司博士に、HR-DSCの技術援助について心から感謝します。

1.ガラス基板上へのペルフルオロポリマーの液晶配向層の調製<ol><li> パーフルオロポリマー溶液の調製 <ol><li>ペルフルオロポリマー溶液（9重量％のポリマー）を市販の溶媒に1：2の比率で溶解することによってペルフルオロポリマー溶液1mLを調製する。これにより、厚さ0.5〜1μmの均一な膜がスピンコートされることが保証される。 注：使用する溶液および溶媒については、材料リストを参照してください。 </li></ol></li><li> 清浄なガラス基板上へのペルフルオロポリマーのコーティング <ol><li>アルカリ性洗剤で38または42 kHzで超音波処理してガラス基板（典型的なサイズ：1 cm x 1 cm）を洗浄する。蒸留水で繰り返しリンスします。典型的には、毎回5分の超音波処理で10回以上すすぎます。 </li><li>基材をUV-O 3クリーナーに10分間さらす。 </li><li>ステップ1.1からの溶液20μLを洗浄したガラス基材上に滴下するテス。直ちに溶液を3,500 rpmで室温で70秒間スピンコートする。フィルムを80℃で60分間加熱して溶剤を除去し、200℃で60分間硬化させる。 </li></ol></li></ol> LCセルの調製<ol><li>光硬化性樹脂と波長365 nm（1.1 W / cm 2 ）のLEDランプを使用して、フィルムでコーティングした2枚のガラス基板を接着します。マイクロメートルサイズのガラス粒子またはポリエチレンナフタレートフィルムを使用して、2枚の基板の間のギャップの厚さを2〜100μmの範囲内に調整する。 </li><li>等方性液体（I）よりも高い温度で毛細管力下のスパチュラを用いて、調製したLCセルにLC材料、4&#39;-ブチル-4-ヘプチル - ビシクロヘキシル-4-カルボニトリル（CCN47;0.2-10μL） 9を導入する。 - ネマチック（N）相転移温度。 注：CCN47は負の誘電率異方性を有し、相系列はCry 298.6 K SmA 301.3 KN 331.3 KI（CryおよびSmAは結晶およびスメクチックA相を表す）。フロー誘導アライメントが促進されるため、N期またはSmA期にCCN47を導入しないでください。 </li></ol>サンプルの特徴付け<ol><li> 偏光光学顕微鏡（POM）によるテクスチャ観察10 <ol><li> ±0.1Kの精度でサンプル温度を制御するホットステージと組み合わせて、4-100倍の対物レンズを備えたPOM下のLCセルを観察します。テクスチャを5フレーム以上、ケルビン毎に等間隔で記録します。 冷却と加熱の両方で291〜343 Kの範囲でデジタルカラーカメラを逐次使用してください。 </li></ol></li><li> 誘電分光法（DS） 11 <ol><li>両方の基板上に、正方形または円形の形状を持ち、商業的に購入可能なITO電極を備えたLCセルを準備する。各基板にリード線を半田付けする。 注：使用される基材の材料リストをご覧ください。 </li><li>市販のインピーダンス/利得位相アナライザを使用して、POMに使用されているのとまったく同じLCセルのキャパシタンスまたは誘電率を測定します。各測定の前にサンプルの状態が平衡になっていることを確認してください。 5分ごとに手動でLCセルの静電容量を測定することにより、LCセルの静電容量または誘電率の時間依存性を測定します。 </li><li> LCセルのキャパシタンスまたは誘電率が非時間依存性になる場合にのみ、DS測定を開始します。 </li></ol></li><li> 高分解能示差走査熱量測定（HR-DSC） 12 <ol><li> LCセルをPOM（正確にはDSCパンを使用しない）と同様に、自家製のHR-DSCに入れて検査します。 HR-DSCを設計および構築し、それを使用する方法については、参考文献12を参照してください。最小温度分解能を高めるために、0.05〜1.0K /分の走査速度で測定を実施する。 </li></ol></li><li> グレージング入射X線回折（GI-XRD） 13 <ol><li>温度コントローラーが装備されているGI-XRDサンプルステージのコーティングされた基板に、LCセル（POMまたはDSC用）またはCCN47の2〜5μL液滴を入れたサンプルを入れます。 </li><li>冷却と加熱の両方で291〜343Kの範囲の所望の温度で10分間以上試料を平衡させる。 </li><li>試料上の入射X線ビームを0.05-0.10°付近の微小入射角で使用して、分子の配向および配列/構造に関する表面情報を抽出する。回折強度が最も強い最適入射角を見つけるために、X線ビームの入射角をスイングさせる。最適な入射角で測定してください。 注記：GI-XRDを使用すると、ナノメートルスケールの界面特異性を調べることができるため、薄いlバルクからの信号を最小限に抑えます。 GI-XRD以外の通常のXRDジオメトリは、X線放射ビームの材料への侵入深さが大きいため、表面に敏感な方法ではないことに注意してください。 </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Woltman, S. J., Jay, G. D., Crawford, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid-Crystal+Materials+Find+a+New+Order+in+Biomedical+Applications.">Liquid-Crystal Materials Find a New Order in Biomedical Applications.</a> Nat. Mater. 6 (12), 929-938 (2007).</li><li>Carlton, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+and+Biological+Sensing+Using+Liquid+Crystals.">Chemical and Biological Sensing Using Liquid Crystals.</a> Liq. Cryst.Rev. 1 (1), 29-51 (2013).</li><li>Patel, J. S., Yokoyama, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+Anchoring+Transition+in+Liquid+Crystals.">Continuous Anchoring Transition in Liquid Crystals.</a> Nature. 362, 525-527 (1993).</li><li>Senyuk, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+alignment,+anchoring+transitions,+optical+properties,+and+topological+defects+in+the+nematic+phase+of+thermotropic+bent-core+liquid+crystal+A131.">Surface alignment, anchoring transitions, optical properties, and topological defects in the nematic phase of thermotropic bent-core liquid crystal A131.</a> Phys Rev E. 82 (4 Pt 1), 041711 (2010).</li><li>Bechhoefer, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+Behavior+in+Anchoring+Transitions+of+Nematic+Liquid+Crystals.">Critical Behavior in Anchoring Transitions of Nematic Liquid Crystals.</a> Phys. Rev. Lett. 64 (16), 1911-1914 (1990).</li><li>Dhara, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anchoring+Transitions+of+Transversely+Polar+Liquid-Crystal+Molecules+on+Perfluoropolymer+Surfaces.">Anchoring Transitions of Transversely Polar Liquid-Crystal Molecules on Perfluoropolymer Surfaces.</a> Phys. Rev. E. 79 (6 Pt 1), 60701 (2009).</li><li>Aya, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stepwise+heat-capacity+change+at+an+orientation+transition+in+liquid+crystals.">Stepwise heat-capacity change at an orientation transition in liquid crystals.</a> Phys. Rev. E. 86 (2), 022512 (2014).</li><li>Aya, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermodynamically+Anchoring-Frustrated+Surface+to+Trigger+Bulk+Discontinuous+Orientational+Transition.">Thermodynamically Anchoring-Frustrated Surface to Trigger Bulk Discontinuous Orientational Transition.</a> Langmuir. 32 (41), 10545-10550 (2016).</li><li>Dhara, S., Madhusudana, N. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+characterisation+of+4'-butyl-4-heptyl-bicyclohexyl-4-carbonitrile.">Physical characterisation of 4'-butyl-4-heptyl-bicyclohexyl-4-carbonitrile.</a> Phase Trans. 81 (6), 561-569 (2008).</li><li>Dierking, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Textures of Liquid Crystals. , (2003).</li><li>Perkowski, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Technical+aspects+of+dielectric+spectroscopy+measurements+of+liquid+crystals.">Technical aspects of dielectric spectroscopy measurements of liquid crystals.</a> Opto-Electronics Review. 16 (3), 271-276 (2008).</li><li>Inaba, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nano-watt+stabilized+DSC+and+ITS+applications.">Nano-watt stabilized DSC and ITS applications.</a> J Therm Anal Calorim. 79 (3), 605-613 (2005).</li><li>Leveiller, F., Boehm, C., Jacquemain, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+crystal+structure+of+cadmium+arachidate+studied+by+synchrotron+X-ray+diffraction+and+reflectivity.">Two-dimensional crystal structure of cadmium arachidate studied by synchrotron X-ray diffraction and reflectivity.</a> Langmuir. 10 (3), 819-829 (1994).</li><li>de Gennes, P. G., Prost, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Physics of Liquid Crystals (Second Edition). , (1993).</li><li>Aya, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+Behavior+in+an+Electric-Field-Induced+Anchoring+Transition+in+a+Liquid+Crystal.">Critical Behavior in an Electric-Field-Induced Anchoring Transition in a Liquid Crystal.</a> Phys. Rev. E. 86 (1 Pt 1), 10701 (2012).</li><li>Avrami, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+Phase+Change.+I+General+Theory.">Kinetics of Phase Change. I General Theory.</a> J. Chem. Phys. 7, 1103-1112 (1939).</li><li>Avrami, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+Phase+Change.+II+Transformation-Time+Relations+for+Random+Distribution+of+Nuclei.">Kinetics of Phase Change. II Transformation-Time Relations for Random Distribution of Nuclei.</a> J. Chem. Phys. 8 (2), 212-224 (1939).</li><li>Avrami, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Granulation+Phase+Change,+and+Microstructure+Kinetics+of+Phase+Change.+III.">Granulation Phase Change, and Microstructure Kinetics of Phase Change. III.</a> J. Chem. Phys. 9, 177-184 (1941).</li><li>Sasaki, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distinctive+Thermal+Behavior+and+Nanoscale+Phase+Separation+in+the+Heterogeneous+Liquid-+Crystal+B4+Matrix+of+Bent-Core+Molecules.">Distinctive Thermal Behavior and Nanoscale Phase Separation in the Heterogeneous Liquid- Crystal B4 Matrix of Bent-Core Molecules.</a> Phys. Rev. Lett. 107 (23), 237802 (2011).</li></ol>

著者は何も開示することはない。

5μmのLCセル（ 図1aおよびb ）を用いて得られた10倍のPOM画像は、バルクLC分子の配向状態が、一次様式で温度変化時にP配向とV配向との間を遷移することをはっきりと示している。これは、ドメインの核形成および成長プロセスによって特徴付けられ、新しい配向は初期配向と90°異なる。冷却および加熱時の転移温度は、それぞれ321.5Kおよび325.3Kである。 CCN47は〜0.02 9の複屈折を有するので、LCセルの厚さが5〜20μmの範囲にあるとき、シュリーレンテクスチャの視認性は良好である。厚さがこの範囲よりも薄いと、シュリーレンテクスチャーの透過率が低くなり、視認性が悪くなる。一方、厚さがこの範囲より厚いと、光の干渉や散乱によりPOM像に収差が生じ、vi効果的な光学的解像度さえも可能にする。 バルク中の通常の表面（ すなわち、極角）に対するLCディレクタの傾斜角を定量的に調べるために、固定周波数1kHz（導電性周波数範囲からはるかに離れた）でのDS測定を、温度の関数としてのPOM（ 図1c ）。使用されるLCの誘電率異方性は、PおよびV配向層の両方を有するセルを用いることにより、温度の関数として予め測定されるので、配向転移における誘電率（ε）の変化は、極性の変化バルク内のLCの角度。 図1cでは、冷却と加熱の両方でのtraceのトレースは、P（V）からV（P）への方向転換が急激に起こっていることを明示しています。 inの大きな不連続性から明らかなのは、方向転換は一次的性質を有し、POMによる観察と一致する。 DS測定は平均して異方性材料の極角を推定するのに十分強力であるにもかかわらず、深さ分解能がなく、面内の方位角に関する情報を与えることができない。 図2aにおいて、25μmのLCセルにおけるHR-DSCトレースは、〜318K（約328Kでの加熱）での冷却時の配向転移で交差する熱流の段階的変化を確認し、その時点でバルク配向状態PからV状態に変化する。また、〜332KでのバルクIN相転移および〜303KでのバルクN-SmA相転移における熱異常.0.05-0.10K /分より高いスキャン速度は、温度分解能およびノイズの悪化をもたらす標的試料を平衡状態から外す。方向転換時の熱流の準階段状の変化は、測定可能な潜熱は、分子間の結合に貯蔵される可能性のあるエネルギーを表す。これは、実質的な潜熱を伴う通常のLCおよび結晶相遷移とは異なる。これは、単位容積当たりの熱流速d Q / dt d Vが 、比熱容量C p （ すなわち、 d Q / dt d V〜C p ）と直接関連することを意味する。この結果は、PからVへの配向転移を完了したバルク分子（ X ）の割合を決定することを可能にする。これは、Kolmogorov-Johnson- Mehl-Avrami、（KJMAまたはAvrami）分析16,17,18 。 図2bは、方程式に基づくAvramiフィッティングを示しています<img alt="式" sX 、 K 、 t 、 nはそれぞれ新しい領域の体積分率、温度に依存するAvrami係数、時間、およびAvrami指数です。rc = &quot;/ files / ftp_upload / 55729 / 55729eq1.jpg&quot; /&gt; ）。 nは〜2.6であることが確認され、不均一核形成およびその後の2D成長界面濡れプロセスを示唆している。この結果は、通常のバルクNLCで等方性 - ネマチック転移（n≒3.6）のAvrami指数とははっきりとは対照的です（参考文献8のサポート情報を参照してください）。現在のKJMA解析は、HR-DSCの優れた温度分解能と優れた信号対雑音比のおかげで可能です。これは従来のDSC装置では達成できません。この技術は、熱流の小さな変動に敏感であるため（ 例えば、ナノフィラメントの核形成/成長プロセスさえも検出可能である）、それは小羊を測定する可能性を有する有機材料から金属までのあらゆる材料の構造および相に存在する。さらに、この手法では、サンプルジオメトリ（ 例えば、従来のDSC計測器では​​測定できないLCセル）の制限が少ないことを強調します。 ペルフルオロポリマー表面を有するサンプル（ 図3a ）のGI-XRDパターンは、I相の332K以外の温度で指向性を有するSADおよびWADピークの両方を確認する。前者は、LC分子の長軸に沿った順序を表し、表面と平行に延びている。後者は、LC分子の短軸に沿った秩序を表し、前者に対して垂直な位置にある。 SADピークの強度はWADピークの強度よりも強く、SADピークのFWHMもWADピークのFWHMよりも狭い。回折ピークの半値幅は、モル間の位置相関の強さの程度の主な尺度であるためLC分子の長軸に沿った強い相関が存在することが判明した。これは、上記SSWSが表面近傍に存在することを示している。 図3bから分かるように、いくつかの分子長のスメクチック相関長さはナノメートルスケールである。界面領域に局在するナノスケールからメゾスコピックスケールのこのような情報は、GI-XRDのような表面感受性XRD形状によってのみ抽出されるが、従来の透過および反射形状によっては抽出され得ない。また、GI-XRDの入射角が大きすぎると（〜&gt; 0.1°）、全反射条件が破られ、表面特有の構造がもはや探査されなくなる。

近年、外部刺激に応答する表面分子の動的な分子の特徴および構造が、LC状態における材料のバルク配向にどのように影響するかを知ることへの関心が高まっている。 1つの例は、LCバイオセンサーをLC1,2の新しい用途として使用することである。検出される標的生物種の数を定量化するには、付着している標的分子に接触する界面LCがどのように変化し、進化するかを検出し、それらの特性をバルクに移す/翻訳する方法を知ることが重要です。 モデルを使用してこれらの答えを追求することで、表面分子配向と短距離秩序が熱力学的に変化するシステムから始めました。これらのシステムは、体系的な方法で、表面の向きと順序の変化を結果のバルクの向きと相関させることができます。最近、我々は、温度に伴って自発的なバルク分子配向が変化する。原理的には、配向転移は、準2次3,4次または準一次遷移5,6,7,8のいずれかに分類することができる。前者は、温度の変化に伴って連続的なバルク分子再配向を伴い、後者は不連続なものを示す。この記事では、PとVの方向性状態の間の準一次的な向きの遷移を説明します。これは、温度を変化させることによって単一のネマチック（N）相で進行する。詳細は代表結果とディスカッションに記載されています。 バルクにおける配向の変化は、表面の分子配向の変化によって制御されるべきであり、このシステムは、表面分子配向および短距離秩序における熱力学的変動がバルク配向にどのように影響するかについての潜在的な洞察を潜在的に提供することができることは明らかである。この記事では、上記の問題を理解する目的で、 POM、DS、HR-DSC、GI-XRDの4つの補完的な方法を用いて3つの問題に取り組んでいます。（1） （2）配向転移は熱的に検出可能か？ （3）なぜ方向転換が起こるのか？

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>CYTOP</td>
			<td>Asahi Glass Co. Ltd.</td>
			<td>CTX-809A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solvent for CYTOP</td>
			<td>Asahi Glass Co. Ltd.</td>
			<td>CT-180 Sol.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alkaline detergent</td>
			<td>Merck KGaA</td>
			<td>Extran MA01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NOA61</td>
			<td>Norland Products, Inc.</td>
			<td>#37-322</td>
			<td>Purchasable from Edmund Optics</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AL1254</td>
			<td>JSR Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Planar alignment material in self-made cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4&#8217;-butyl-4-heptyl-bicyclohexyl-4-carbonitrile</td>
			<td>Nematel GmbH &#38; Co. KG</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-O3 cleaner</td>
			<td>Technovision Inc.</td>
			<td>UV-208</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot-stage system</td>
			<td>Mettler Toledo</td>
			<td>HS82</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-Definition Color Camera Head</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>DS-Fi1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Impedance/gain-phase analyzer</td>
			<td>Solartron Analytical</td>
			<td>1260</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Indium Tin Oxide (ITO)-coated substrate</td>
			<td>GEOMATEC Co. Ltd.</td>
			<td></td>
			<td>Custom-made</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

orientational transition in a liquid crystal triggered by the thermodynamic growth of interfacial wetting sheets

液晶（LC）物理化学において、表面近くの分子はバルク配向を制御する上で大きな役割を果たす。これまで、主にLCディスプレイにおいて所望の分子配向状態を達成するために、LCの「静的」表面特性、いわゆる表面アンカーリングが集中的に研究されてきた。経験則として、LCの初期配向が、ラビングまたは特定の配向層による処理のような特定の表面処理によって「固定」されると、温度によってほとんど変化しない。ここでは、コンセンサスと矛盾する、温度変化時の向きの変化を示すシステムを提示する。転移の直後に、バルクLC分子は、高温での平面（P）配向と、低温での一次転移様式における垂直（V）配向との間で90°の配向回転を経験する。我々は、偏光光学顕微鏡（POM）、誘電分光法（DS）、高分解能示差走査熱量計（HR-DSC）、および斜入射X線回折（GI-XRD）を用いて、表面の成長湿潤シートは、バルク内のP方向に対して局所的にV配向を課す。このランドスケープは、多くのLCシステムにおいて平衡バルク配向が表面局在配向によってどのように影響を受けるかを説明する一般的なリンクを提供する。我々の特徴付けにおいて、POMおよびDSは、LC分子の配向の空間分布に関する情報を提供することによって有利である。 HR-DSCは、分解能が限られているため、従来のDSC機器では対応できない、移行に関する正確な熱力学情報に関する情報を提供します。 GI-XRDは、表面特有の分子配向および短距離秩序に関する情報を提供する。この論文の目標は、トランスジーを示すサンプルを調製するためのプロトコールを提示することであるバルクおよび表面の両方における熱力学的構造変化を上記の方法によってどのように分析することができるかを実証することを目的とする。

特にPOM画像、DSデータ、HR-DSCデータ、およびGI-XRDパターンは、温度変化の間、特に冷却および加熱の両方での配向転移の近傍で収集された。 図1は、冷却（加熱）中のP（V）配向状態からV（P）配向状態への配向転移のPOM観察中のPOMおよびDS測定によって作られたテクスチャの進化を表している。 POM観察（ 図1a ）に基づく配向転移中の再配向プロセスが示されている。冷却すると、バルクのP方向はIN転移温度の直下にあり、2つ（大部分は2つ）のシュリーレンテクスチャの出現により区別される。 2つのブラシSchlieren（トポロジカルな強さs =±1/2のディスクリネーション）はresuトポロジー的に表面ディレクタ14にプレチルトを生じさせない線欠陥を有するトレンチ構造を形成する。一方、4つのブラシSchlieren（トポロジカルな強さs =±1のディスクリネーション）は、表面上またはバルク上に存在する点特異点を持っています。 2ブラシSchlierenとは異なり、表面ディレクターのプレチルトは対称の議論によって許されます。温度を321.5Kに下げることにより、暗領域（V配向）は、主に±1ディスクリネーションの点特異点から核生成し、時間とともに広がる。サンプルを数分間アニールすることにより、またはさらなる冷却を可能にすることによって、視野全体が完全に暗くなり、バルク中のP方向からV方向への移行の完了を示唆する。加熱すると、バルク中のV方向からP方向への逆向きの転位は、冷却のそれとは重要な相違が生じる：ヒステリシス約5K、示唆強い一次遷移が見つかった。 LC-LC遷移の典型的なヒステリシス範囲（ 例えば、 INおよびN-Smectic相転移）は1K未満であることに留意されたい。 図2は、HR-DSCによって測定された温度（ 図2a ）および時間（ 図2bの挿入図）の関数としてのサンプルを通る熱流を表すHR-DSCデータを示す 。 図2bの挿入図のデータを使用して、配向転移後のAvrami指数を分析しました（ 図2b ）。 図3は、様々な温度での2つのサンプル形状におけるGI-XRDパターンを示す：液滴形状（ 図3a 、上）およびin situ LCセル形状（ 図3a &lt;/ strong&gt;、下）。両方とも準-SmA湿潤シートの短距離秩序を示し、表面近傍に層状構造（以下、SSWSと略す）が形成される。 SSWSのサイズは、GI-XRDピークの半値全幅（FWHM）から計算した（ 図3b ）。 SSWSが表面特異的構造でなければならないことを確認する2つの決定的な観察がある：（1）XRDによって確認されるように、CCN47の大部分にSmAの順序が存在しない（ここには示されていない）。 （2）ペルフルオロポリマーとCCN47との間の特別な分子相互作用を確認する従来のP配向層材料において、SAD（ペルフルオロポリマー表面よりも弱く、より広い）およびWADにおける等方性回折パターンが確認された。分子相互作用に関する議論は現在の議論の範囲を超えているので、将来の他の場所で報告される。驚くべきことに、P配向状態の温度範囲においてさえも（GI328および322Kでの-XRDパターン）、SSWSは持続し、表面配向条件が失望していることを示している。表面のいくつかの部分はSSWSの外套の下にあり、バルクLC分子のためのV整列能力を示し、残りはP整列能力を示すように露出される。 SSWSのサイズまたはカバレッジが温度とともに変化する場合、V整列能力とP整列能力との比がそれに応じて変化するため、バルクLC配向状態が変化することが予想される。この可能性を確認するために、SSWS相関長の温度依存性（ すなわち、表面に垂直な方向におけるSmA短距離秩序の平均持続長）を、SADピークのFWHMから計算した。 図3bは、潜在的なヒステリシスと同様に、N期にわたるSSWS相関長の増加を示す予想される傾向を確認する。ヒステリシスとは、一旦SSWSが形成されると高温でも熱力学的に安定で耐久性があります。重要な特徴は、ヒステリシス範囲がPOMとDSで確認されたヒステリシス範囲と一致していることです（ 図1 ）。これは、方向転換がSSWSの成長によって引き起こされることを示唆している。 <img alt="図1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55729/55729fig1.jpg" /> 図1：冷却時と加熱時のP方向からV方向への方向変化の進化。 （ a ）冷却（青色の下向きの矢印）および（ b ）加熱（赤色の上向き矢印）のテクスチャバリエーション。 （ a ）上：P方向はIN遷移の直下に現れる。 （ a ）中央： T C （ すなわち、冷却時の配向転移温度）では、V方向は点defecから現れる主に4つのブラシのSchlierenテクスチャ（赤い点線の円）のうちの1つ。 （ a ）底：V方向を有するドメインは拡大し、コノスコープ画像の挿入によって補足されるように全視界をカバーする。十字コノスコピック画像は低温でほとんど変化しないことに注意してください。 （ b ）下： T H （ すなわち、加熱時の配向転移温度）では、暗くて明るいSchlierenテクスチャがV配向ドメインから出現し、薄い層と厚い層とのP方向の共存が示唆される。 （ b ）ミドル：暗い領域は明るい領域に変換されます。 （ b ）上：視野全体にわたるディレクターは、P方向であり、薄い4ブラシのシュリーレンテクスチャーを示す。 （ c ）冷却（白丸）と加熱（十字マーク）の両方で測定された誘電率の温度依存性。青い線は実験的ですホメオトロピックLCセルで測定したCCN47の誘電率のデータ。この図は、参考文献15の許可を得て変更され、適応されている。Copyright 2012、The American Physical Society。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55729/55729fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a> <img alt="図2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55729/55729fig2.jpg" /> 図2：HR-DSCを使用した方向転換の熱トレース （ a ）冷却と加熱の両方の後にパーフルオロポリマーで被覆されたセル内のHR-DSCチャート。冷却後の従来の平面配向層材料AL1254でコーティングされたLCセルの結果も、対照測定値として示されている。 3つのHR-DSCチャートのベースラインが適切にシフトされています。二重矢印のスケールバーは1mW / gに相当する。破線は、V配向の熱流は、パーフルオロポリマー表面を有するセルのP方向およびI相の熱流よりも小さいことが分かった。 （ b ）冷却後にP配向のドメインからV配向が得られる、ドメインの核形成 - 成長プロセスに適合するAvrami。熱流の経時変化は、Avramiフィッティングに使用されたインセットに示されています。この数字は、参考文献7,8の許可を得て変更され、適応されている。 Copyright 2012、The American Physical Society、Copyright 2016、American Chemical Society。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55729/55729fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a> <img alt="図3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55729/55729fig3.jpg" /> 図3：界面LC構造の熱力学的変化の分析。 </（ a ）ペルフルオロポリマー表面上のCCN47液滴およびペルフルオロポリマー表面上のLCセルを用いて、温度に対するGI-XRDパターンの変化。 P配向層材料AL1254を有する表面上のCCN47液滴のGI-XRDパターンを基準として示す。 （ b ）GI-XRDの小角回折パターンの半値全幅から計算したスメクチック相関長さξ∥の温度依存性。この図は、参考文献7,8の許可を得て変更され、適応されている。著作権2012、アメリカ物理学会; Copyright2016、American Chemical Society。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55729/55729fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a>

Watch this Scientific Journal Video about Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets at JoVE.com

Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets

ここでは、温度に応答して液晶の配向転移を引き起こすプロトコルを提示する。移行および詳細な移行進化を観察するために試料を調製するための方法論が記載されている。

界面湿潤シートの熱力学的成長によって引き起こされる液晶の配向転移

In liquid crystal (LC) physical chemistry, molecules near the surface play a great role in controlling bulk orientation. Thus far, mainly to achieve ...

orientational-transition-liquid-crystal-triggered-thermodynamic

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

7.1K ビュー.  RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS). ここでは、温度に応答して液晶の配向転移を引き起こすプロトコルを提示する。移行および詳細な移行進化を観察するために試料を調製するための方法論が記載されている。 

ビデオ: Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets

Dry Oxidation and Vacuum Annealing Treatments for Tuning the Wetting Properties of Carbon Nanotube Arrays

In this article, we describe a simple method to reversibly tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays. Here, CNT arrays are defined as densely packed multi-walled carbon nanotubes oriented perpendicular to the growth substrate as a result of a growth process by the standard thermal chemical vapor deposition (CVD) technique.1,2 These CNT arrays are then exposed to vacuum annealing treatment to make them more hydrophobic or to dry oxidation treatment to render them more hydrophilic. The hydrophobic CNT arrays can be turned hydrophilic by exposing them to dry oxidation treatment, while the hydrophilic CNT arrays can be turned hydrophobic by exposing them to vacuum annealing treatment. Using a combination of both treatments, CNT arrays can be repeatedly switched between hydrophilic and hydrophobic.2 Therefore, such combination show a very high potential in many industrial and consumer applications, including drug delivery system and high power density supercapacitors.3-5
The key to vary the wettability of CNT arrays is to control the surface concentration of oxygen adsorbates. Basically oxygen adsorbates can be introduced by exposing the CNT arrays to any oxidation treatment. Here we use dry oxidation treatments, such as oxygen plasma and UV/ozone, to functionalize the surface of CNT with oxygenated functional groups. These oxygenated functional groups allow hydrogen bond between the surface of CNT and water molecules to form, rendering the CNT hydrophilic. To turn them hydrophobic, adsorbed oxygen must be removed from the surface of CNT. Here we employ vacuum annealing treatment to induce oxygen desorption process. CNT arrays with extremely low surface concentration of oxygen adsorbates exhibit a superhydrophobic behavior.

This article describes a simple method to fabricate vertically aligned carbon nanotube arrays by CVD and to subsequently tune their wetting properties by exposing them to vacuum annealing or dry oxidation treatment.

カーボンナノチューブアレイの濡れ特性をチューニングするための処置をアニーリングドライ酸化と真空

In this article, we describe a simple method to reversibly  tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays.  Here, CNT ...

工学

Sputter Growth and Characterization of Metamagnetic B2-ordered FeRh Epilayers

Chemically ordered alloys are useful in a variety of magnetic nanotechnologies. They are most conveniently prepared at an industrial scale using sputtering techniques. Here we describe a method for preparing epitaxial thin films of B2-ordered FeRh by sputter deposition onto single crystal MgO substrates. Deposition at a slow rate onto a heated substrate allows time for the adatoms to both settle into a lattice with a well-defined epitaxial relationship with the substrate and also to find their proper places in the Fe and Rh sublattices of the B2 structure. The structure is conveniently characterized with X-ray reflectometry and diffraction and can be visualised directly using transmission electron micrograph cross-sections. B2-ordered FeRh exhibits an unusual metamagnetic phase transition: the ground state is antiferromagnetic but the alloy transforms into a ferromagnet on heating with a typical transition temperature of about 380 K. This is accompanied by a 1% volume expansion of the unit cell: isotropic in bulk, but laterally clamped in an epilayer. The presence of the antiferromagnetic ground state and the associated first order phase transition is very sensitive to the correct equiatomic stoichiometry and proper B2 ordering, and so is a convenient means to demonstrate the quality of the layers that can be deposited with this approach. We also give some examples of the various techniques by which the change in phase can be detected.

A method to prepare epitaxial layers of ordered alloys by sputtering is described. The B2-ordered FeRh compound is used as an example, as it displays a metamagnetic transition that depends sensitively on the degree of chemical order and the exact composition of the alloy.

メタ磁性B2-命じFeRhエピ層のスパッタ成長と評価

Chemically ordered alloys are useful in a variety of magnetic nanotechnologies. They are most conveniently prepared at an industrial scale using ...

Characterization of Recombination Effects in a Liquid Ionization Chamber Used for the Dosimetry of a Radiosurgical Accelerator

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via stereotactic radiotherapy where positioning accuracy allows delivering very high doses per fraction in a small volume of the patient. Dosimetric measurements on medical accelerators are conventionally realized using air-filled ionization chambers. However, in small beams these are subject to nonnegligible perturbation effects. This study focuses on liquid ionization chambers, which offer advantages in terms of spatial resolution and low fluence perturbation. Ion recombination effects are investigated for the microLion detector (PTW) used with the Cyberknife system (Accuray). The method consists of performing a series of water tank measurements at different source-surface distances, and applying corrections to the liquid detector readings based on simultaneous gaseous detector measurements. This approach facilitates isolating the recombination effects arising from the high density of the liquid sensitive medium and obtaining correction factors to apply to the detector readings. The main difficulty resides in achieving a sufficient level of accuracy in the setup to be able to detect small changes in the chamber response.

A growing number of radiation therapy devices offer the advantage of delivering the dose through very small beams to the tumor, allowing for increased conformity and higher doses per fraction. Many different detectors can be used for the dosimetry of these small fields. In the present study, the effect of ion recombination is investigated for a liquid ionization chamber using a stereotactic radiation therapy system.

放射線外科アクセラレータの線量測定に使用される液体電離箱における再結合効果の特性評価

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via ...

Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently more difficult than measuring the flow of a transparent fluid, since optical methods are not applicable. Ultrasound can be used to measure the velocity of an opaque fluid, not only at isolated points, but at hundreds or thousands of points arrayed along lines, with good temporal resolution. When applied to a liquid metal electrode, ultrasound velocimetry involves additional challenges: high temperature, chemical activity, and electrical conductivity. Here we describe the experimental apparatus and methods that overcome these challenges and allow the measurement of flow in a liquid metal electrode, as it conducts current, at operating temperature. Temperature is regulated within &#177;2 &#176;C using a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller that powers a custom-built furnace. Chemical activity is managed by choosing vessel materials carefully and enclosing the experimental setup in an argon-filled glovebox. Finally, unintended electrical paths are carefully prevented. An automated system logs control settings and experimental measurements, using hardware trigger signals to synchronize devices. This apparatus and these methods can produce measurements that are impossible with other techniques, and allow optimization and control of electrochemical technologies like liquid metal batteries.

Ultrasound velocimetry is used to study mixing by fluid flow in liquid metal electrodes. The focus of this manuscript is to illustrate the methods used for making precise, spatially-resolved ultrasound measurements while limiting oxidation and controlling and monitoring temperature, applied current, and the heater power being supplied.

液体金属電極中の超音波速度計測

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

液体環境におけるパルスUVレーザー照射によるシリコン表面の濡れ性の選択エリア変更

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a stable and continuous operation of the plasma is possible and the plasma torch can be used for many different applications. On one hand, the hot (3,600 K gas temperature) plasma can be used for chemical processes and on the other hand the cold afterglow (temperatures down to almost RT) can be applied for surface processes. For example chemical syntheses are interesting volume processes. Here the microwave plasma torch can be used for the decomposition of waste gases which are harmful and contribute to the global warming but are needed as etching gases in growing industry sectors like the semiconductor branch. Another application is the dissociation of CO2. Surplus electrical energy from renewable energy sources can be used to dissociate CO2 to CO and O2. The CO can be further processed to gaseous or liquid higher hydrocarbons thereby providing chemical storage of the energy, synthetic fuels or platform chemicals for the chemical industry. Applications of the afterglow of the plasma torch are the treatment of surfaces to increase the adhesion of lacquer, glue or paint, and the sterilization or decontamination of different kind of surfaces. The movie will explain how to ignite the plasma solely by microwave power without any additional igniters, e.g., electric sparks. The microwave plasma torch is based on a combination of two resonators &#8212; a coaxial one which provides the ignition of the plasma and a cylindrical one which guarantees a continuous and stable operation of the plasma after ignition. The plasma can be operated in a long microwave transparent tube for volume processes or shaped by orifices for surface treatment purposes.

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

追加のイグナイタずに大気圧マイクロ波プラズマトーチに点火する方法

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

How to Build a Vacuum Spring-transport Package for Spinning Rotor Gauges

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to 1.0 Pa. In this application, the SRGs are frequently transported to laboratories for calibration. Events can occur during transportation that change the rotor surface conditions, thus changing the calibration factor. To assure calibration stability, a spring-transport mechanism is often used to immobilize the rotor and keep it under vacuum during transport. It is also important to transport the spring-transport mechanism using packaging designed to minimize the risk of damage during shipping. In this manuscript, a detailed description is given on how to build a robust spring-transport mechanism and shipping container. Together these form a spring-transport package. The spring-transport package design was tested using drop-tests and the performance was found to be excellent. The present spring-transport mechanism design keeps the rotor immobilized when experiencing shocks of several hundred g (g = 9.8 m/sec2 and is the acceleration due to gravity), while the shipping container assures that the mechanism will not experience shocks greater than about 100 g during common shipping mishaps (as defined by industry standards).

Here we describe how to build a robust spring-transport mechanism for a spinning rotor gauge. This device securely immobilizes the rotor and keeps it under vacuum during transportation. We also describe packaging that minimizes the risk of damage during transport. Tests show our design works for typical shocks during transport.

どのようにローターゲージをスピニングするための真空春輸送パッケージをビルドするには

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to ...

Preparation of Liquid-exfoliated Transition Metal Dichalcogenide Nanosheets with Controlled Size and Thickness: A State of the Art Protocol

We summarize recent advances in the production of liquid-exfoliated transition metal dichalcogenide (TMD) nanosheets with controlled size and thickness. Layered crystals of molybdenum disulphide (MoS2) and tungsten disulphide (WS2) are exfoliated in aqueous surfactant solution by sonication. This yields highly polydisperse mixtures containing nanosheets with broad size and thickness distributions. However, for most purposes, specific sizes (in terms of both lateral dimension and thickness) are required. For example, large and thin nanosheets are desired for (opto) electronic applications, while laterally small nanosheets are interesting for catalytic applications. Therefore, post-exfoliation size selection is an important step that we address here. We provide a detailed protocol on the efficient size selection in large quantities by liquid cascade centrifugation and the size and thickness quantification by statistical microscopic analysis (atomic force microscopy and transmission electron microscopy). The comparison of MoS2 and WS2 shows that both materials are size-selected in a similar way by the same procedure. Importantly, the dispersions of size-selected nanosheets show systematic changes in their optical extinction spectra with size due to edge and confinement effects. We show how these optical changes are related quantitatively to the nanosheets dimensions and describe how mean nanosheets length and layer number can be extracted reliably from the extinction spectra. The exfoliation and size selection protocol can be applied to a broad range of layered crystals as we have previously demonstrated for graphene, gallium sulphide (GaS) and black phosphorus.

A protocol for the liquid exfoliation of layered materials to nanosheets, their size selection and size measurement by microscopic and spectroscopic techniques is presented.

アートプロトコルの状態：制御された大きさと厚さを持つ液体-剥離遷移金属ジカルコゲニドナノシートの作製

We summarize recent advances in the production of liquid-exfoliated transition metal dichalcogenide (TMD) nanosheets with controlled size and thickness. ...

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous light irradiation. The photo-excitation of dopants that can quickly dissipate light into heat, coupled with anisotropic thermal expansion and self-shadowing of the film, gives rise to the self-sustained deformation. The oscillations observed are influenced by the dimensions and the modulus of the film, and by the directionality and intensity of the light. The system developed offers applications in energy conversion and harvesting for soft-robotics and automated systems.
The general method described here consists of creating free-standing liquid crystalline films and characterizing the mechanical and thermal effects observed. The molecular alignment is achieved using alignment layers (rubbed polyimide), commonly used in the display manufacturing industry. To obtain actuators with large deformation, the mesogens are aligned and polymerized in a splay/bend configuration, i.e., with the director of the liquid crystals (LCs) going gradually from planar to homeotropic through the film thickness. Upon irradiation, the mechanical and thermal oscillations obtained are monitored with a high-speed camera. The results are further quantified by image analysis using an image processing program.

The goal of the protocol is to create liquid crystalline polymer films that can mechanically oscillate under continuous light irradiation. We describe in great detail the conception of free-standing films, from the liquid crystal alignment method to the photo-actuation. The experimental protocol applied to prepare this material is broadly applicable.

巨視的揺動運動の光によって誘起される液晶ネットワークの準備

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition metal dichalcogenides (TMDs) MoS2 and WS2 can be prepared on sapphire substrates. By controlling the metal film thicknesses, good layer number controllability, down to a single layer of TMDs, can be obtained using this growth technique. Based on the results obtained from the Mo film sulfurized under the sulfur deficient condition, there are two mechanisms of (a) planar MoS2 growth and (b) Mo oxide segregation observed during the sulfurization procedure. When the background sulfur is sufficient, planar TMD growth is the dominant growth mechanism, which will result in a uniform MoS2 film after the sulfurization procedure. If the background sulfur is deficient, Mo oxide segregation will be the dominant growth mechanism at the initial stage of the sulfurization procedure. In this case, the sample with Mo oxide clusters covered with few-layer MoS2 will be obtained. After sequential Mo deposition/sulfurization and W deposition/sulfurization procedures, vertical WS2/MoS2 hetero-structures are established using this growth technique. Raman peaks corresponding to WS2 and MoS2, respectively, and the identical layer number of the hetero-structure with the summation of individual 2D materials have confirmed the successful establishment of the vertical 2D crystal hetero-structure. After transferring the WS2/MoS2 film onto a SiO2/Si substrate with pre-patterned source/drain electrodes, a bottom-gate transistor is fabricated. Compared with the transistor with only MoS2 channels, the higher drain currents of the device with the WS2/MoS2 hetero-structure have exhibited that with the introduction of 2D crystal hetero-structures, superior device performance can be obtained. The results have revealed the potential of this growth technique for the practical application of 2D crystals.

Through the sulfurization of pre-deposited transition metals, large-area and vertical 2D crystal hetero-structures can be fabricated. The film transferring and device fabrication procedures are also demonstrated in this report.

大面積垂直 2次元結晶ヘテロ構造デバイス作製のための遷移金属薄膜の硫化からの準備

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition ...