我々 は次の金融サポートを認める科研費は日本学術振興会から特別研究 (No. 25000003) を推進、科研費研究活動スタート支援 (No.15H06133) および挑戦的な研究 (予備) (no.JP17K18748) 日本の文部科学省から。

1. WS 2 (NTs) カーボンナノ チューブ基板上の分散
<ol><li>イソプロピル アルコール (IPA 濃度 99.8% 以上) (約 0.1 mg/mL) 適切な希釈率に 20 分間超音波処理による WS2 NT 粉末を分散します。 注: 長い間超音波処理により WS2国税庁を均一に IPA 液体およびアモルファス WS2から別の整形式個別 WS の2の NTs に中断またはその他のがらくたにするし、WS2 NTs に蓄積するゴミを削除するには表面。図 2 bは、WS2 NTs の最終的な停止を示しています。懸濁液は、超音波処理中に熱される可能性があります、ので、5 分ごとに超音波処理を停止し、1 分後超音波処理を続行することをお勧めします。</li>
	<li>WS2 NTs 基板上に分散させるためにスピン コーティング手順。<ol>
<li>スピンコーター マシン、真空ポンプを起動します。Si/SiO2を置く (3000 Å) チャックや真空ポンプによってそれは 80 L/分の高速化修正のセンター、20 kPa の圧力で基板 (1 cm × 1 cm)。 注: 真空ポンプに接続するチャックの中央にある穴がある、真空圧で基板を固定するため (80 L/分は、排気速度と到達圧力は 20 kPa)。真空圧力は、ポンプによって異なることがあります。</li>
		<li>スピンコーター マシンのコントロール パネルによってプロシージャの関連するパラメーターを設定します。 注: スピン コーティング手順中に 3 つのステップがある: (1) ゆっくりと最初の 3 の内で最大 500 rpm の速度 s、(2) 急速に 4000 rpm までを高速化し、50 s、(3) を遅く、最後の 3 回転して停止を続ける s。これらのパラメーターは、スピン コーターの使用によって異なります。</li>
		<li>基板が懸濁液によって完全に覆われるまで、基板上にピペットで (1.1) で行われた WS2 NT の懸濁液の 1 滴 (約 0.01 mL) を入れて (ない場合より多くの滴を置く)。開始し (1.2.2) で関連するパラメーターをスピンにコーティングする場合。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. セロハン テープ法による基板上の薄いフレークの準備
<ol><li>スコッチ テープに WS2 (化学気相輸送法による栽培) の小型バルク サンプルを置きます。スコッチ テープを折り、バルクから薄層を機械的に剥離にゆっくりとそれを展開します。数回、剥離のサンプルが十分に薄くなるまでこの手順を繰り返します。 注:図 2 gと2 h WS2の小さなバルク サンプルと初期のテープと最終的なテープ複数の折り畳み手順後各々 示します。</li>
	<li>上下基板の上にセロハン テープを貼り付け、テープを少し押し、慎重に基板の上からテープを取り外します。 注: テープを除去した後、基板に残って多くの薄いフレークがあります。</li>
</ol>3. 電子ビーム露光により作製。
<ol><li>電子ビーム露光用レジストをカバーするスピン コーティング プロセス。<ol>
<li>(1.2.1) で説明した同じスピン コーティング手順と (1.2.2) に従います。</li>
		<li>入れて 1 滴 (約 0.04 mL) ポリメチルメタクリ レート (PMMA) のピペットで基板に基板が PMMA によって完全に覆われるまで。空気の漏れるを防ぐために WS2サンプルの PMMA を均一にカバーするスピン コーティング手順を開始します。 注: PMMA は電子ビーム露光用レジストの一つであります。</li>
		<li>スピン コーティング後、180 ° C でホット プレートに基板を置くし、1 分の熱します。 注: これらのパラメーターはレジストの種類に応じて異なるすることができます。</li>
	</ol></li>
	<li>光学顕微鏡によるサンプルの選択。<ol>
<li>光学顕微鏡とカメラを起動します。ステージ上の基板を置きます。</li>
		<li>ステージを移動し適切な倍率 (20 X) による基板の全体の領域をスキャンし、一方で、適当な大きさの分離のサンプルを選択します。 注: 合計で 6 に 10 分離サンプル通常選択できます各 1 cm x 1 cm の基板に対応。</li>
		<li>5 X、20 X、100 X の倍率の異なる各選択したサンプルの写真を撮る。これらの写真を使用して、各サンプルの場所を識別します。</li>
	</ol></li>
	<li>大規模なデバイス パターンのデザイン。<ol>
<li>AutoCAD のソフトウェアをアクティブにし、基板格子のフォーマットをロードします。(3.2) で撮影した写真を挿入し、サイズや基板上のマークによってそれぞれの写真の場所を特定します。</li>
		<li>1200 μ m の長さを持つ大きな広場と各サンプルを囲む必要があります 300 μ m の長さの小さな正方形を挿入します。</li>
		<li>試料近傍の微細構造を除いて大きい正方形のゲート、ソース、ドレインと他のパッドを含む大規模なパターンを設計します。小規模デバイス パターンの設計のより遅いプロセスのサンプルの場所を正確に識別するためにサンプルに近い小さなマークをデザインします。</li>
		<li>すべてのサンプルのため (翻訳 3.3.3 で) (3.3.2) を繰り返します。</li>
		<li>それぞれの大小の正方形の中心の座標をそれぞれ記録します。</li>
		<li>挿入された写真、大小の正方形および基板格子形式、設計された大規模なパターンと小さなマークだけを残して削除します。それぞれ大規模なパターンと小さなマークを dxf ファイルとしてエクスポートします。</li>
	</ol></li>
	<li>最初の電子ビーム露光。<ol>
<li>ステージ上の基板を置くと、それを修正、ステージを電子ビーム露光機の主室に挿入します。</li>
		<li>ECA プログラム (電子ビーム プロセスで使用されるファイルを生成するためのプログラム) をアクティブにします。小さなマークのリソグラフィ用 300 としてフィールドのサイズを設定します。携帯ファイルに dxf ファイルを転送するのにファイル dxf ファイルコンバーターのツールを使用します。</li>
		<li>(3.4.2) で生成された携帯ファイルを読み込むファイル名を入力、起源を識別し、(3.3.5) に記載されている小さな四角形の座標を持つ点を識別します。最後に、大きい A の座標を特定し、B マークと小さな A と B が各ポイントのマークします。 注: 大規模な A と B マークは小さな A と B 間の段階の方向を修正するため小規模なパターン設計のプロセス中に設計されたパターンと印刷されたパターンの不一致を識別するに使用されます。</li>
		<li>Con ファイルとしてファイルを保存し、メインのチャンバー内の圧力が 5 x 10-5 pa. より下まで待つ 注: 高エネルギー電子ビームからこそ (50 kV 加速電圧の)、真空の高品質が必要です。</li>
		<li>主室の圧力が少なくなると十分な電子線リソグラフィー プロセス電子ビーム制御プログラム ESL 7500 をアクティブにし、後電子銃で有効します。</li>
		<li>走査型電子顕微鏡 (SEM) をオンにし、基板の画面位置にステージを移動します。明るさ、コントラスト、およびフォーカスを調整します。</li>
		<li>大規模な A と B の相対的な位置から判断することによってステージの角度を調整方向の誤差が 5000 X の倍率で無視できる程度になるまで、基板上に元々 マーク。ステージの方向を修正した後大型の位置にマークを登録します。</li>
		<li>リソグラフィー; 用電子ビームの振幅を設定します。100 pA は、小さなマーク リソグラフィ用です。振幅をチューニングするための位置にステージを移動し、カメラのスポット モードを選択、アンペア メーターで 100 pA までビームの振幅を変更します。電子ビームの振幅を設定した後、明るさ、コントラスト、およびフォーカスを調整します。</li>
		<li>保存された ECA プログラム (3.4.4) con ファイル。関連するパラメーターの設定: 2 投与時間のフィールド サイズの 300 s。最後に露光プロセスを開始します。 注: 線量時間もレジストによって異なることができます。</li>
		<li>戻って電子ビーム制御プログラム ESL 7500 5000 X の倍率を設定してマーク大型の登録位置にステージを移動させます。大規模な A と B の位置を確認マーク。</li>
		<li>30000 X の倍率を設定し、小さな A と B の位置を (3.3.3) で設計された最初の小さなマークのリソグラフィ用マークを確認します。 注: リトグラフは、後小さい適合マークし、いくつかの秒かかるを開始します。</li>
		<li>リトグラフを終えた後に、すべてのサンプルのこの手順を繰り返します。最後に、露光工程を終了し、ECA のプログラムを終了します。</li>
		<li>(3.3.3) で設計された大規模なパターンの露光のさまざまなパラメーターを持つ (3.4.10) (3.4.2) から同じプロセスに従います。(3.4.2) で 1200 としてフィールドのサイズを設定します。(3.4.3) で大規模な A と B の座標を特定するだけ小さい A と B を除いてマークをマークします。(3.4.8) で大規模なパターンのリソグラフィ用 1000 pA として電子ビームの振幅を設定します。(3.4.9) でフィールドのサイズの 1200 を選択します。 注: (3.4.10) のプロセスは、大規模なパターンの露光が開始され数時間かかります。</li>
		<li>元の位置にステージを移動する大規模なパターンの露光を終えた後電子ビームをオフにし、露光工程と ECA プログラムを終了します。メイン会議室を開く、基板を取り出してください。</li>
	</ol></li>
	<li>最初の開発。<ol>
<li>メチルイソブチルケトン (MIBK) の溶液を作成、MIBK 比 IPA: IPA = 1:3。30 のためのソリューションに基板を浸す s、IPA 液で洗いし、乾燥窒素銃。 注意: 開発時温度や湿度などの環境条件により異なります。</li>
		<li>5 X、20 X、100 X の倍率の異なる各印刷パターンの光学顕微鏡で写真を撮る。</li>
	</ol></li>
	<li>小規模デバイス パターンのデザイン。<ol>
<li>(3.3) の同じプロセスに従います。(3.3.1) のロード (3.3.3) で設計された小さなマークを含む基板格子のパターン、最初の開発の後撮影した写真を挿入します。 注: サイズと各写真の位置は、基板上のマークではなく (3.3.3) でデザインされた小さなマークに依存します。</li>
		<li>ソース、ドレイン ホール バー構成で、印刷された大規模なパターンに接続されている小さな正方形で他の電極とデバイス パターンの微細構造を設計します。すべてのデバイスのための小さなパターンをデザインした後、小さな四角形の座標を記録します。</li>
		<li>挿入された写真、小さな正方形と基板パターン、デザインの小さなパターンだけを残して削除します。小さなパターンを dxf ファイルとしてエクスポートします。</li>
	</ol></li>
	<li>2 番目の電子ビーム露光。<ol>
<li>(3.6); で設計された小さなパターンの露光の同じパラメーターを持つ (3.4.11) に (3.4.1) から同じプロセスに従うフィールド サイズを 300 に設定し、電子ビームの振幅 100 pA を選択します。 注: リソグラフィ プロセスは小さなパターンごとに数分をかかります。</li>
		<li>小さなパターンの露光後ステージを元の位置に移動切り電子ビーム、露光工程を終了、ECA プログラムを閉じます。メイン会議室を開く、基板を取り出してください。</li>
	</ol></li>
	<li>2 番目の開発。<ol>
<li>30 と同時開発で (3.5) の同じプロセスに従います s。</li>
		<li>5 X、20 X、100 X の倍率の異なる各パターンの光学顕微鏡で写真を撮る。</li>
	</ol></li>
</ol>4. 電極の成膜
<ol><li>金電極の成膜。<ol>
<li>基板ホルダーに基板を修正、転送のロッド、基板ホルダーを置くし、蒸発器の主室に挿入します。基板ホルダーを回転を開始します。</li>
		<li>5 の Cr の最初の預金として接着層厚さの nm。メインのチャンバー内の圧力がより小さい 10-4 Pa になったら、高電圧源を入れます。</li>
		<li>慎重に 4 の固定の加速電圧で電子銃の電流を増やす kV、膜厚モニターを用いて堆積率が約 0.5 Å/秒安定するまで (通常約 5 の Cr を蒸発させる事前 nm)。</li>
		<li>シャッターを開き、5 に到達するまで Cr を預金 nm 厚。シャッターを閉じて、ゆっくり 0、電子銃の電流を減少させるし、高電圧源をオフに。</li>
		<li>その後適切な厚さの Au を入金します。現在のソースをオンにし、徐々 に膜厚モニターを用いて堆積率になる安定した約 1 Å/秒まで 30 A の電流を維持することで 30 A. 蒸発させなさい Au まで電流を増やす (通常約 10 Au を蒸発させる事前 nm)。</li>
		<li>シャッターを開いて、Au を入金します。目的の厚さに達し後、シャッターを閉じます、ゆっくりゼロに電流を減少させるし、現在のソースをオフに。 メモ: 我々 は 60 を使用して薄いフレークと 90 nm NT の nm。適切な厚さはサンプルによって異なります。</li>
		<li>基板の成膜プロセスの間に熱される、ので、部屋の温度に近い温度を冷やすために 1 h のチャンバ内の基板のまま。基板ホルダーの回転を止めるし、転送棒でそれを取り出します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>SiO2保護層の堆積。<ol>
<li>光学顕微鏡の助けを借りて、パッドとゲート電極をテープでカバーします。 注: 原則として、電極の微細構造のみが預金 SiO2層電解質ゲートでの化学反応に対する電極の保護のために公開されます。</li>
		<li>5 の Cr を入金する (4.1.4) (4.1.1) から同じプロセスに従ってください nm 厚の接着層として。</li>
		<li>その後同じ手順 (4.1.1) から (4.1.4) に 20 の SiO2を入金する nm 厚。 注: SiO2の堆積速度は約 1 Å/秒、あらかじめ約 10 の SiO2を蒸発しながら nm。</li>
		<li>1 h. 基板ホルダーは回転を停止のチャンバ内の基板を冷やすし、転送棒でそれを取り出します。顕微鏡の下にテープを削除します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. デバイスの完了
<ol><li>基板のスクライブ。<ol>
<li>スクライブ マシンと 50 L/分の排気速度 30 kPa の圧力と真空ポンプを入れます。真空チャックによるステージで基板を修正し、基板の位置や角度を調整します。</li>
		<li>小さな断片に基板のスクライブ (通常約 3 mm × 3 mm)。 注: 各部分のサイズは、各選択したサンプルとデザイン パターンの場所によって異なります。</li>
	</ol>
</li>
	<li>デバイス リフトオフ。<ol>
<li>1 つのデバイスを選択し、冗長 PMMA と金を削除する部屋の温度で 1 時間 (濃度 99.5% 以上) アセトンに浸漬します。基板に作製した電極のみが残されています。</li>
		<li>リフトオフ プロセス後 IPA による基板を洗浄し、乾燥窒素銃。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ワイヤーボンディング。<ol>
<li>ワイヤボンディング マシンをオンにします。貼り付けスライバーを介してチップ キャリアに基板を修正します。 注: WS2 NT の場合は、 2 n 図に示すように水平方向の回転子を使用しています。</li>
		<li>ワイヤボンディング マシンの助けを借りて、各電極パッドと金ワイヤとチップ キャリア一つずつの電極を接続します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>電解質液滴を置きます。<ol>
<li>電解質液に浸漬した後、デバイスの上にピンセットで電解質 (未満 0.5 μ L) の液滴を置きます。 注: 電解質の量は非常に少ないです。デバイスの微細構造とゲート パッドは、電極パッドをカバーを回避できます。私たち KClO4 (濃度 99% 以上) ポリエチレング リコール (PEG; に溶解した電解質を使用してください。Mw = 600) [k]: [O] 比 1:20 前文書38によると。</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. 輸送測定
<ol><li>サンプル ホルダーにチップ キャリアを修正し、転送棒によって物理特性測定装置のチャンバーの内側に配置します。高次モードの真空チャンバーをポンプします。</li>
	<li>ロックイン アンプ、ナノ電圧計、ソース メーターとアンプを含む計測システムに接続します。AC ロックで測定を実行する 13 Hz の周波数で一定の交流電流 (AC) を適用します。</li>
	<li>Keysight VEE (測定プログラム) を実行します。</li>
	<li>ゲート反応、電解質に適用するゲート電圧の測定 (すなわちsource と gate の間、電極)、の空気の影響を減らすため高真空条件下で 300 K で 50 mV/s の速度でゲート電圧を掃引、。ゲートのパフォーマンス。</li>
	<li>抵抗の温度依存性の測定、最初 1 K/分、高真空状態での冷却速度で 200 K まで冷却彼パージ状態を変更し、1 K/分の冷却速度と 10 K まで冷却を維持します。温度は、10 K より低いが、クールダウンし、0.2 K/分の速度でウォーム アップ。 注: 彼パージ条件、熱コンダクタンスと結果の温度の安定性は高真空状態のそれらより。</li>
</ol>

著者が明らかに何もありません。

WS2 NTs とフレークの両方で我々 制御に成功しました電気的特性による静電気防止または電気化学ドーピング。
静電ドーピング地域における両極性トランジスタ動作が観察されています。高いオン/オフ比とそのような両極性伝達曲線 (> 102) で観測された低バイアス電圧電解質ゲーティング技術これらのシステムのフェルミ レベルを調整するためのインタ?...

キャリア数の制御は、固体1の量子相転移を実現する重要な技術です。従来の電界効果トランジスタ (FET)、それは強固な門1,2の使用によって実現されます。このようなデバイスの電位勾配は誘電体全体に均一界面誘起キャリア数が限られた、図 1 aに示されているように。
その一方で、イオン性ゲル/液体や高分子電解質3,4,5,6、固体誘電体材料に置き換えてインターフェイスまたは一括で高いキャリア密度を実現します 7,8,9,,1011 (図 1 b)。イオン液体を用いた静電ドーピングで電気二重層トランジスタ (EDLT) の構造は強い電界を生成するサンプルとイオン液体界面に形成される (> 0.5 V/Å) 低電圧でも。結果高いキャリア濃度 (> 1014 cm-2) 小説電子プロパティまたは量子相転移などインターフェイス10,12,13原因で誘発電気磁場誘起強磁性14、クーロン ・ ブロッケード15、両極輸送16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27、p-n 接合の結果 electroluminance28,29,30、熱電力31,32、大変調形成電荷密度波とモット転移33,34,35, と電気磁場誘起絶縁体-金属転移36,37電気磁場誘起超伝導9 を含む ,,1011,38,39,40,41,42,43,44 ,45,46,47,48,49。
電解質、ゲートの開閉 (図 1 c) イオン フォーム EDLT へのインタ フェースでのみ蓄積しないがダメージを与えるサンプル大きいゲート電圧を印加することがなく熱拡散による二次元材料の層にも挟むことができます。電気化学的ドーピング8,9,11,34,38,50,51,52,53につながる.したがって、我々 は大幅に固体のゲートを用いた従来型電界効果トランジスタと比較してキャリア数を変更できます。電解質ゲート大型タンカーの地域での使用による電気磁場誘起超伝導9,11,34,38,50を実現する特に、数は従来の固体のゲーティング法によるぁあ。
トランジスタ動作と電気磁場誘起超伝導半導体 WS この記事では、我々 は固体および概要キャリア数制御のこのユニークな技術を紹介 WS2フレークなど WS2 2サンプルカーボンナノ チューブ54,55,56,57。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Sonication machine</td>
			<td>SND Co., Ltd.</td>
			<td>US-2</td>
			<td>http://www.senjyou.jp/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin-coater machine</td>
			<td>ACTIVE Co.,Ltd.</td>
			<td>ACT-300AII</td>
			<td>http://www.acti-ve.co.jp/spincoater/standard/act300a2.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot-plate</td>
			<td>TAIYO</td>
			<td>HP131224</td>
			<td>http://www.taiyo-kabu.co.jp/products/detail.php?product_id=431</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical Microscopy</td>
			<td>OLYMPUS</td>
			<td>BX51</td>
			<td>https://www.olympus-ims.com/ja/microscope/bx51p/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron Beam Lithography machine</td>
			<td>ELIONIX INC.</td>
			<td>ELS-7500I</td>
			<td>https://www.elionix.co.jp/index.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scribing machine</td>
			<td>TOKYO SEIMITSU CO., LTD.</td>
			<td>A-WS-100A</td>
			<td>http://www.accretech.jp/english/product/semicon/wms/aws100s.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wire-bonding machine</td>
			<td>WEST&#183;BOND&#160;</td>
			<td>7476D-79</td>
			<td>https://www.hisol.jp/products/bonder/wire/mgb/b.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Physical Properties Measurement System</td>
			<td>Quantum Design</td>
			<td>PPMS</td>
			<td>http://www.qdusa.com/products/ppms.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lock-in amplifier</td>
			<td>Stanford Research Systems</td>
			<td>SRS830</td>
			<td>http://www.thinksrs.com/products/SR810830.htm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Source meter</td>
			<td>Textronix</td>
			<td>KEITHLEY 2612A</td>
			<td>http://www.tek.com/keithley-source-measure-units/smu-2600b-series-sourcemeter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KClO4</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>241830</td>
			<td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigald/241830?lang=ja&#38;region=JP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEG</td>
			<td>WAKO</td>
			<td>168-09075</td>
			<td>http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspCode=W01W0116-0907</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IPA</td>
			<td>WAKO</td>
			<td>169-28121</td>
			<td>http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspWkfcode=169-28121</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MIBK</td>
			<td>WAKO</td>
			<td>131-05645</td>
			<td>http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspCode=W01W0113-0564</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMMA</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>PMMA</td>
			<td>http://microchem.com/Prod-PMMA.htm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>WAKO</td>
			<td>012-26821</td>
			<td>http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspWkfcode=012-26821</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electric-field control of electronic states in ws2 nanodevices by electrolyte gating

電解質ゲートによるキャリア数制御の方法が示されています。我々 は、WS2カーボンナノ チューブの懸濁液を分散させることによってセロハン テープ法や個々 の WS2カーボンナノ チューブを介して原子レベルで平坦で薄いフレーク WS2を取得しています。電子ビーム露光を用いてデバイスに選択したサンプル作製し、デバイスに電解質を置きます。ゲート電圧を印加素子の電子特性を特徴付けた。微小なゲート電圧領域における電解質中のイオンは、大きい電気潜在的なドロップと結果電界効果キャリア ドーピング界面につながるサンプルの表面に蓄積されます。両極性の伝達曲線は、この静電ドーピング地域で観察されています。ゲート電圧がさらに拡大、イオンは WS2層に挟在し、電気化学的ドーピングの実現を意味するソース ・ ドレイン間の電流の別の急激な増加に会った。このような電気化学的ドーピング地域で超伝導が観測されています。フォーカスの手法は、電気に提出誘起量子相転移を達成するための強力な戦略を提供します。

個々 の WS2 NT と WS2フレーク デバイスの典型的なトランジスタ操作はそれぞれ、図 3 a 3 bに表示されるソースがゲート電圧 (V の関数として (私DS) 電流を放電 G) 以前の文書58で従来の固体ゲート FET による単極ゲート応答に顕著な対照を示す両極性モードでうまく動作し?...

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Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

ここでは、電解質を用いた固体キャリア数を制御するためのプロトコルを提案する.

電解質ゲートによって WS2ナノデバイスにおける電子状態の電界制御

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...

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Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

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11.3K ビュー.  The University of Tokyo. ここでは、電解質を用いた固体キャリア数を制御するためのプロトコルを提案する.

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Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The optical modes are frequently referred to as "whispering gallery modes" (WGM) or "morphology dependent resonances" (MDR) and exhibit high optical quality factors. Some proposed applications of micro-cavity optical resonators are in spectroscopy1, micro-cavity laser technology2, optical communications3-6 as well as sensor technology. The WGM-based sensor applications include those in biology7, trace gas detection8, and impurity detection in liquids9. Mechanical sensors based on microsphere resonators have also been proposed, including those for force10,11, pressure12, acceleration13 and wall shear stress14. In the present, we demonstrate a WGM-based electric field sensor, which builds on our previous studies15,16. A candidate application of this sensor is in the detection of neuronal action potential.
The electric field sensor is based on polymeric multi-layered dielectric microspheres. The external electric field induces surface and body forces on the spheres (electrostriction effect) leading to elastic deformation. This change in the morphology of the spheres, leads to shifts in the WGM. The electric field-induced WGM shifts are interrogated by exciting the optical modes of the spheres by laser light. Light from a distributed feedback (DFB) laser (nominal wavelength of ~ 1.3 &mu;m) is side-coupled into the microspheres using a tapered section of a single mode optical fiber. The base material of the spheres is polydimethylsiloxane (PDMS). Three microsphere geometries are used: (1) PDMS sphere with a 60:1 volumetric ratio of base-to-curing agent mixture, (2) multi layer sphere with 60:1 PDMS core, in order to increase the dielectric constant of the sphere, a middle layer of 60:1 PDMS that is mixed with varying amounts (2% to 10% by volume) of barium titanate and an outer layer of 60:1 PDMS and (3) solid silica sphere coated with a thin layer of uncured PDMS base. In each type of sensor, laser light from the tapered fiber is coupled into the outermost layer that provides high optical quality factor WGM (Q ~ 106). The microspheres are poled for several hours at electric fields of ~ 1 MV/m to increase their sensitivity to electric field.

A high-sensitivity photonic micro sensor was developed for electric field detection. The sensor exploits the optical modes of a dielectric sphere. Changes in the external electric field perturb the sphere morphology leading to shifts in its optical modes. The electric field strength is measured by monitoring these optical shifts.

ギャラリーモード高分子マイクロ光電界センサを囁くの開発

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

工学

Gain-compensation Methodology for a Sinusoidal Scan of a Galvanometer Mirror in Proportional-Integral-Differential Control Using Pre-emphasis Techniques

Galvanometer mirrors are used for optical applications such as target tracking, drawing, and scanning control because of their high speed and accuracy. However, the responsiveness of a galvanometer mirror is limited by its inertia; hence, the gain of a galvanometer mirror is reduced when the control path is steep. In this research, we propose a method to extend the corresponding frequency using a pre-emphasis technique to compensate for the gain reduction of galvanometer mirrors in sine-wave path tracking using proportional-integral-differential (PID) control. The pre-emphasis technique obtains an input value for a desired output value in advance. Applying this method to control the galvanometer mirror, the raw gain of a galvanometer mirror in each frequency and amplitude for sine-wave path tracking using a PID controller was calculated. Where PID control is not effective, maintaining a gain of 0 dB to improve the trajectory tracking accuracy, it is possible to expand the speed range in which a gain of 0 dB can be obtained without tuning the PID control parameters. However, if there is only one frequency, amplification is possible with a single pre-emphasis coefficient. Therefore, a sine wave is suitable for this technique, unlike triangular and sawtooth waves. Hence, we can adopt a pre-emphasis technique to configure the parameters in advance, and we need not prepare additional active control models and hardware. The parameters are updated immediately within the next cycle because of the open loop after the pre-emphasis coefficients are set. In other words, to regard the controller as a black box, we need to know only the input-to-output ratio, and detailed modeling is not required. This simplicity allows our system to be easily embedded in applications. Our method using the pre-emphasis technique for a motion-blur compensation system and the experiment conducted to evaluate the method are explained.

We propose a method to extend the corresponding frequency by using a pre-emphasis technique. This method compensates for the gain reduction of a galvanometer mirror in sine-wave path tracking using proportional-integral-differential control.

プリエンファシス技術を用いた比例積分微分制御におけるガルバノメータミラーの正弦波をスキャンするためのゲイン補償方法論

Galvanometer mirrors are used for optical applications such as target tracking, drawing, and scanning control because of their high speed and accuracy. ...

Microfluidic Imaging Flow Cytometry by Asymmetric-detection Time-stretch Optical Microscopy (ATOM)

Scaling the number of measurable parameters, which allows for multidimensional data analysis and thus higher-confidence statistical results, has been the main trend in the advanced development of flow cytometry. Notably, adding high-resolution imaging capabilities allows for the complex morphological analysis of cellular/sub-cellular structures. This is not possible with standard flow cytometers. However, it is valuable for advancing our knowledge of cellular functions and can benefit life science research, clinical diagnostics, and environmental monitoring. Incorporating imaging capabilities into flow cytometry compromises the assay throughput, primarily due to the limitations on speed and sensitivity in the camera technologies. To overcome this speed or throughput challenge facing imaging flow cytometry while preserving the image quality, asymmetric-detection time-stretch optical microscopy (ATOM) has been demonstrated to enable high-contrast, single-cell imaging with sub-cellular resolution, at an imaging throughput as high as 100,000 cells/s. Based on the imaging concept of conventional time-stretch imaging, which relies on all-optical image encoding and retrieval through the use of ultrafast broadband laser pulses, ATOM further advances imaging performance by enhancing the image contrast of unlabeled/unstained cells. This is achieved by accessing the phase-gradient information of the cells, which is spectrally encoded into single-shot broadband pulses. Hence, ATOM is particularly advantageous in high-throughput measurements of single-cell morphology and texture &#8211; information indicative of cell types, states, and even functions. Ultimately, this could become a powerful imaging flow cytometry platform for the biophysical phenotyping of cells, complementing the current state-of-the-art biochemical-marker-based cellular assay. This work describes a protocol to establish the key modules of an ATOM system (from optical frontend to data processing and visualization backend), as well as the workflow of imaging flow cytometry based on ATOM, using human cells and micro-algae as the examples.

Microfluidic Imaging Flow Cytometry by Asymmetric-detection Time-stretch Optical Microscopy ATOM

This protocol describes the implementation of an asymmetric-detection time-stretch optical microscopy system for single-cell imaging in ultrafast microfluidic flow and its applications in imaging flow cytometry.

非対称検出時間ストレッチ光学顕微鏡（ATOM）によるマイクロ流体イメージングフローサイトメトリー

Scaling the number of measurable parameters, which allows for multidimensional data analysis and thus higher-confidence statistical results, has been the ...

Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent this outflow, a control device is required. A siphon breaker is a type of safety device that can be utilized to control the loss of coolant water effectively.
To analyze the characteristics of siphon breaking, a real-scale experiment was conducted. From the results of the experiment, it was found that there are several design factors that affect the siphon breaking phenomenon. Therefore, there is a need to develop a theoretical model capable of predicting and analyzing the siphon breaking phenomenon under various design conditions. Using the experimental data, it was possible to formulate a theoretical model that accurately predicts the progress and the result of the siphon breaking phenomenon. The established theoretical model is based on fluid mechanics and incorporates the Chisholm model to analyze two-phase flow. From Bernoulli&#39;s equation, the velocity, quantity, undershooting height, water level, pressure, friction coefficient, and factors related to the two-phase flow could be obtained or calculated. Moreover, to utilize the model established in this study, a siphon breaker analysis and design program was developed. The simulation program operates on the theoretical model basis and returns the result as a graph. The user can confirm the possibility of the siphon breaking by checking the shape of the graph. Furthermore, saving the entire simulation result is possible and it can be used as a resource for analyzing the real siphon breaking system.
In conclusion, the user can confirm the status of the siphon breaking and design the siphon breaker system using the program developed in this study.

The siphon breaking phenomenon was investigated experimentally and a theoretical model was proposed. A simulation program based on the theoretical model was developed and the results of the simulation program were compared with experimental results. It was concluded that the results of the simulation program matched the experimental results well.

研究用原子炉のサイフォン ブレーカー実験とシミュレーションに関する研究

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent ...

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of gamma rays created when neutrons interact with soil elements. The main parts of the INS system are a pulsed neutron generator, NaI(Tl) gamma detectors, split electronics to separate gamma spectra due to INS and thermo-neutron capture (TNC) processes, and software for gamma spectra acquisition and data processing. This method has several advantages over other methods in that it is a non-destructive in situ method that measures the average carbon content in large soil volumes, is negligibly impacted by local sharp changes in soil carbon, and can be used in stationary or scanning modes. The result of the INS method is the carbon content from a site with a footprint of ~2.5 - 3 m2 in the stationary regime, or the average carbon content of the traversed area in the scanning regime. The measurement range of the current INS system is &#62;1.5 carbon weight % (standard deviation &#177; 0.3 w%) in the upper 10 cm soil layer for a 1 hmeasurement.

Here, we present the protocol for in situ measurement of soil carbon using the neutron-gamma technique for single point measurements (static mode) or field averages (scanning mode). We also describe system construction and elaborate data treatment procedures.

静的スキャン モードで中性子ガンマ解析による土壌炭素の測定

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...

Design and Characterization Methodology for Efficient Wide Range Tunable MEMS Filters

Here, we demonstrate the advantages of the laser Doppler vibrometer (LDV) over conventional techniques (the network analyzer), as well as the techniques to create an application-based microelectromechanical systems (MEMS) filter and how to use it efficiently (i.e., tuning the tuning-capability and avoiding both failure and stiction). LDV enables crucial measurements that are impossible with the network analyzer, such as higher mode detection (highly sensitive biosensor application) and resonance measurement for very small devices (fast prototyping). Accordingly, LDV was used to characterize the frequency tuning range and resonance frequency at different modes of the MEMS filters built for this study. This wide range frequency tuning mechanism is based simply on Joule heating from the embedded heaters and relatively high thermal stress with respect to the temperature of a fixed-fixed beam. However, we demonstrate that another limitation of this method is the resulting high thermal stress, which can burn the devices. Further improvement was achieved and shown for the first time in this study, such that the tuning capability was increased by 32% through an increase in the applied DC bias voltage (25 V to 35 V) between the two adjacent beams. This important finding eliminates the need for the extra Joule heating at the wider frequency tuning range. Another possible failure is through stiction and requirement of structure optimization: We propose a simple and easy technique of low frequency square wave signal application that can successfully separate the beams and eliminates the need for the more sophisticated and complicated methods given in the literature. The above findings necessitate a design methodology, and so we also provide an application-based design.

A protocol for a fixed-fixed beam design using a laser Doppler vibrometer (LDV), including the measurement of frequency tuning, modification of tuning capability, and avoidance of device failure and stiction, is presented. The superiority of the LDV method over the network analyzer is demonstrated due to its higher mode capability.

デザインと効率的な広帯域波長可変 MEMS フィルター特性評価手法

Here, we demonstrate the advantages of the laser Doppler vibrometer (LDV) over conventional techniques (the network analyzer), as well as the techniques ...

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of nanowires. DEP is used for nanowire analysis, characterization, and for solution-based fabrication of semiconducting devices. The method works by applying an alternating electric field between metallic electrodes. The nanowire formulation is then dropped onto the electrodes which are on an inclined surface to create a flow of the formulation using gravity. The nanowires then align along the gradient of the electric field and in the direction of the liquid flow. The frequency of the field can be adjusted to select nanowires with superior conductivity and lower trap density. 
In this work, flow-assisted DEP is used to create nanowire field effect transistors. Flow-assisted DEP has several advantages: it allows selection of nanowire electrical properties; control of nanowire length; placement of nanowires in specific areas; control of orientation of nanowires; and control of nanowire density in the device. 
The technique can be expanded to many other applications such as gas sensors and microwave switches. The technique is efficient, quick, reproducible, and it uses a minimal amount of dilute solution making it ideal for the testing of novel nanomaterials. Wafer scale assembly of nanowire devices can also be achieved using this technique, allowing large numbers of samples for testing and large-area electronic applications.

In this paper, flow assisted dielectrophoresis is demonstrated for the self-assembly of nanowire devices. The fabrication of a silicon nanowire field effect transistor is shown as an example.

誘電泳動の流れ支援: 高性能低温硬化型ナノワイヤ デバイス作製のための低コストの方法

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...

Generation and Coherent Control of Pulsed Quantum Frequency Combs

We present a method for the generation and coherent manipulation of pulsed quantum frequency combs. Until now, methods of preparing high-dimensional states on-chip in a practical way have remained elusive due to the increasing complexity of the quantum circuitry needed to prepare and process such states. Here, we outline how high-dimensional, frequency-bin entangled, two-photon states can be generated at a stable, high generation rate by using a nested-cavity, actively mode-locked excitation of a nonlinear micro-cavity. This technique is used to produce pulsed quantum frequency combs. Moreover, we present how the quantum states can be coherently manipulated using standard telecommunications components such as programmable filters and electro-optic modulators. In particular, we show in detail how to accomplish state characterization measurements such as density matrix reconstruction, coincidence detection, and single photon spectrum determination. The presented methods form an accessible, reconfigurable, and scalable foundation for complex high-dimensional state preparation and manipulation protocols in the frequency domain.

A protocol is presented for the practical generation and coherent manipulation of high-dimensional frequency-bin entangled photon states using integrated micro-cavities and standard telecommunications components, respectively.

世代とパルスの量子周波数コムのコヒーレント制御

We present a method for the generation and coherent manipulation of pulsed quantum frequency combs. Until now, methods of preparing high-dimensional ...

Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions

To drive electrohydrodynamic (EHD) flows in aqueous solutions, the separation of cation and anion transport pathways is essential because a directed electric body force has to be induced by ionic motions in liquid. On the other hand, positive and negative charges attract each other, and electroneutrality is maintained everywhere in equilibrium conditions. Furthermore, an increase in an applied voltage has to be suppressed to avoid water electrolysis, which causes the solutions to become unstable. Usually, EHD flows can be induced in non-aqueous solutions by applying extremely high voltages, such as tens of kV, to inject electrical charges. In this study, two methods are introduced to generate EHD flows induced by electrical charge separations in aqueous solutions, where two liquid phases are separated by an ion-exchange membrane. Due to a difference in the ionic mobility in the membrane, ion concentration polarization is induced between both sides of the membrane. In this study, we demonstrate two methods. (i) The relaxation of ion concentration gradients occurs via a flow channel that penetrates an ion-exchange membrane, where the transport of the slower species in the membrane selectively becomes dominant in the flow channel. This is a driving force to generate an EHD flow in the liquid. (ii) A long waiting time for the diffusion of ions passing through the ion-exchange membrane enables the generation of an ion-dragged flow by externally applying an electric field. Ions concentrated in a flow channel of a 1 x 1 mm2 cross-section determine the direction of the liquid flow, corresponding to the electrophoretic transport pathways. In both methods, the electric voltage difference required for an EHD flow generation is drastically reduced to near 2 V by rectifying the ion transport pathways.

The rectification of ion transport pathways is an effective method to generate one-directional ion-dragged electrohydrodynamic flows. By setting an ion-exchange membrane in a flow channel, an electrically polarized condition is generated and causes a liquid flow to be driven when an electric field is externally applied.

電解質水溶液中に流れる電気流体力学の発生と制御

To drive electrohydrodynamic (EHD) flows in aqueous solutions, the separation of cation and anion transport pathways is essential because a directed ...

Controllable Nucleation of Cavitation from Plasmonic Gold Nanoparticles for Enhancing High Intensity Focused Ultrasound Applications

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) for the controllable nucleation of cavitation in tissue-mimicking gel phantoms. This in vitro protocol was developed to demonstrate the feasibility of this approach, for both enhancement of imaging and therapeutic applications for cancer. The same apparatus can be used for both imaging and therapeutic applications by varying the exposure duration of the HIFU system. For short duration exposures (10 &#181;s), broadband acoustic emissions were generated through the controlled nucleation of inertial cavitation around the gold nanoparticles. These emissions provide direct localization of nanoparticles. For future applications, these particles may be functionalized with molecular-targeting antibodies (e.g. anti-HER2 for breast cancer) and can provide precise localization of cancerous regions, complementing routine diagnostic ultrasound imaging. For continuous wave (CW) exposures, the cavitation activity was used to increase the localized heating from the HIFU exposures resulting in larger thermal damage in the gel phantoms. The acoustic emissions generated from inertial cavitation activity during these CW exposures was monitored using a passive cavitation detection (PCD) system to provide feedback of cavitation activity. Increased localized heating was only achieved through the unique combination of nanoparticles, laser light and HIFU. Further validation of this technique in pre-clinical models of cancer is necessary.

This protocol demonstrates the controllable nucleation of cavitation in gel phantoms, through simultaneous exposure to both near-infrared pulsed laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU). The cavitation activity can then be used for enhancing imaging and/or therapeutic uses of HIFU.

高強度を強化するため金ナノ粒子プラズモニックからキャビテーションの制御可能な核集中超音波アプリケーション

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) ...