Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com.Jūs izmantojat pārlūkprogrammas versiju ar ierobežotu CSS atbalstu.Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, ieteicams izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer).Turklāt, lai nodrošinātu pastāvīgu atbalstu, mēs rādām vietni bez stiliem un JavaScript.
Atomu konfigurāciju korelācija, jo īpaši amorfo cieto vielu nekārtības pakāpe (DOD) ar īpašībām, ir svarīga interešu joma materiālzinātnē un kondensēto vielu fizikā, jo ir grūti noteikt precīzu atomu atrašanās vietu trīsdimensijās. struktūras1,2,3,4., Sens noslēpums, 5. Šim nolūkam 2D ​​sistēmas sniedz ieskatu noslēpumā, ļaujot tieši attēlot visus atomus 6,7.Amorfā oglekļa monoslāņa (AMC) tieša attēlveidošana, kas audzēta ar lāzera nogulsnēšanos, atrisina atomu konfigurācijas problēmu, atbalstot mūsdienu skatījumu uz kristālītiem stiklveida cietās vielās, pamatojoties uz nejauša tīkla teoriju8.Tomēr cēloņsakarība starp atomu mēroga struktūru un makroskopiskajām īpašībām joprojām nav skaidra.Šeit mēs ziņojam par vieglu DOD un vadītspējas regulēšanu AMC plānās plēvēs, mainot augšanas temperatūru.Jo īpaši pirolīzes sliekšņa temperatūra ir būtiska, lai audzētu vadošus AMC ar mainīgu vidējas pakāpes lēcienu (MRO) diapazonu, savukārt temperatūras paaugstināšana par 25 ° C izraisa AMC zaudē MRO un kļūst elektriski izolējoši, palielinot loksnes pretestību. materiāls 109 reizes.Papildus ļoti izkropļotu nanokristalītu vizualizācijai, kas iegulti nepārtrauktos nejaušos tīklos, atomu izšķirtspējas elektronu mikroskopija atklāja MRO un no temperatūras atkarīgā nanokristalītu blīvuma esamību / neesamību, divi secības parametri, kas ierosināti visaptverošam DOD aprakstam.Skaitliskie aprēķini noteica vadītspējas karti kā šo divu parametru funkciju, tieši saistot mikrostruktūru ar elektriskām īpašībām.Mūsu darbs ir nozīmīgs solis ceļā uz izpratni par saistību starp amorfo materiālu struktūru un īpašībām fundamentālā līmenī un paver ceļu elektroniskām ierīcēm, kurās izmanto divdimensiju amorfus materiālus.
Visi attiecīgie dati, kas iegūti un/vai analizēti šajā pētījumā, ir pieejami no attiecīgajiem autoriem pēc pamatota pieprasījuma.
Kods ir pieejams vietnē GitHub (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM un Ma, E. Atomic iepakojums un īss un vidējs pasūtījums metāla brillēs.Nature 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, fiziskajā metalurģijā, 5. izd.(eds. Laughlin, DE un Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ et al.Nepārtrauktas cietēšanas oglekļa monoslāņa ieviešana.zinātne.Pagarināts 3, e1601821 (2017).
Toh, KT et al.Amorfā oglekļa pašnesošā monoslāņa sintēze un īpašības.Nature 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (eds.) Kristalogrāfija materiālu zinātnē: no struktūras un īpašuma attiecībām līdz inženierzinātnēm (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. et al.Noteikt amorfo cietvielu trīsdimensiju atomu struktūru.Nature 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. un Meyer JK No punktu defektiem grafēnā līdz divdimensiju amorfam ogleklim.fizika.Godājamais Raits.106, 105505 (2011).
Eders FR, Kotakoski J., Kaiser W. un Meyer JK. Ceļš no kārtības līdz nekārtībai — atoms pa atomam no grafēna līdz 2D oglekļa stiklam.zinātne.Māja 4, 4060 (2014).
Huangs, P. Ju.un citi.Atomu pārkārtošanās vizualizācija 2D silīcija stiklā: skatieties silikagela deju.Science 342, 224–227 (2013).
Lee H. et al.Augstas kvalitātes un viendabīgu liela laukuma grafēna plēvju sintēze uz vara folijas.Science 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. et al.Izveidojiet zema slāņa liela laukuma grafēna plēves uz patvaļīgiem substrātiem, izmantojot ķīmisko tvaiku pārklāšanu.Nanolets.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. un Solanki R. Grafēna plāno kārtiņu ķīmiskā tvaiku pārklāšana.Nanotechnology 21, 145604 (2010).
Kai, J. et al.Grafēna nanolentu izgatavošana ar augošu atomu precizitāti.Nature 466, 470–473 (2010).
Kolmers M. et al.Atomu precizitātes grafēna nanolentu racionāla sintēze tieši uz metālu oksīdu virsmas.Science 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Vadlīnijas grafēna nanolentu elektronisko īpašību aprēķināšanai.uzglabāšanas ķīmija.uzglabāšanas tvertne.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. et al.Cieto grafēna plēvju augšana zemā temperatūrā no benzola, ķīmiski tvaiku nogulsnējot atmosfēras spiedienā.zinātne.Māja 5, 17955 (2015).
Choi, JH et al.Ievērojams grafēna augšanas temperatūras samazinājums uz vara, pateicoties uzlabotajam Londonas dispersijas spēkam.zinātne.Māja 3, 1925 (2013).
Wu, T. et al.Nepārtrauktas grafēna plēves, kas sintezētas zemā temperatūrā, ieviešot halogēnus kā sēklu sēklas.Nanoscale 5, 5456–5461 (2013).
Džans, PF et al.Sākotnējie B2N2-perilēni ar dažādām BN orientācijām.Endžija.Ķīmiskā.iekšējais Ed.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. un Dresselhaus, MS Ramana spektroskopija grafēnā.fizika.Pārstāvis 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Zem Braga virsotnēm: Sarežģītu materiālu strukturālā analīze (Elsevier, 2003).
Xu, Z. et al.In situ TEM parāda elektrovadītspēju, ķīmiskās īpašības un saites izmaiņas no grafēna oksīda uz grafēnu.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Volumetric metāla brilles.alma mater.zinātne.projektu.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Mott NF un Davis EA Electronic Processes in Amorphous Materials (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. un Kern K. Vadīšanas mehānismi ķīmiski atvasinātos grafēna monoslāņos.Nanolets.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokars V., Galperins BI, Langers JS. Lēcošā vadīšana nesakārtotās sistēmās.fizika.Ed.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Amorfā grafēna reālistiskā modeļa elektroniskā struktūra.fizika.State Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab initio modeling of amorphous graphite.fizika.Godājamais Raits.128, 236402 (2022).
Mott, Amorfo materiālu vadītspēja NF.3. Lokalizēti stāvokļi pseidogapā un tuvu vadītspējas un valences joslu galiem.filozofs.mag.19, 835–852 (1969).
Tuan DV et al.Amorfo grafēna plēvju izolācijas īpašības.fizika.Pārskatīšana B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF un Drabold, DA Pentagonal folds in a page of amorfous graphene.fizika.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. et al.Divdimensiju sešstūra bora nitrīda heteroepitaksiālā augšana, kas veidota ar grafēna ribām.Science 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. un Tokura Y. Metāla izolatora pāreja.Priesteris Mod.fizika.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. et al.Traucējumu lokalizācija kristāliskajos materiālos ar fāzes pāreju.Nacionālā alma mater.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL et al.Strukturālā un ķīmiskā analīze pa atomiem, izmantojot gredzena elektronu mikroskopiju tumšā laukā.Nature 464, 571–574 (2010).
Kress, G. un Furtmüller, J. Efektīva iteratīva shēma ab initio kopējās enerģijas aprēķināšanai, izmantojot plaknes viļņu bāzes kopas.fizika.Ed.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. un Joubert, D. No ultrasoft pseidopotenciāliem līdz viļņu metodēm ar projektora pastiprināšanu.fizika.Ed.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C. un Ernzerhof, M. Vispārējās gradienta aproksimācijas padarītas vienkāršākas.fizika.Godājamais Raits.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. un Krieg H. Konsekventa un precīza 94 elementu H-Pu blīvuma funkcionālās dispersijas korekcijas (DFT-D) sākotnējā parametrizācija.J. Ķīmija.fizika.132, 154104 (2010).
Šo darbu atbalstīja Ķīnas Nacionālā galvenā pētniecības un izstrādes programma (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), Ķīnas Nacionālais dabaszinātņu fonds (U11 9 5, 8, 21, 2018, 2018, 2018, 2018). 001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Pekinas Dabaszinātņu fonds (2192022, Z190011), Pekinas izcilo zinātnieku programma (BJJWZYJH01201914430039), Guandunas provinces galvenās jomas pētniecības un attīstības programma (2019B010934001), Ķīnas Zinātņu akadēmijas GranteAkadēmija03.0.0.0.0 Zinātnes Galvenās zinātniskās izpētes robežplāns (QYZDB-SSW-JSC019).JC pateicas Ķīnas Pekinas Dabaszinātņu fondam (JQ22001) par atbalstu.LW pateicas Ķīnas Zinātņu akadēmijas Jaunatnes inovāciju veicināšanas asociācijai (2020009) par atbalstu.Daļa no darba tika veikta Ķīnas Zinātņu akadēmijas Augstā magnētiskā lauka laboratorijas stabilā spēcīga magnētiskā lauka ierīcē ar Anhui provinces Augstā magnētiskā lauka laboratorijas atbalstu.Skaitļošanas resursus nodrošina Pekinas Universitātes superskaitļošanas platforma, Šanhajas superskaitļošanas centrs un superdators Tianhe-1A.
Vairāki avoti: Huifeng Tian, ​​​​Yinhang Ma, Zhenjiang Li, Mouyang Cheng, Shoucong Ning.
Huifeng Tian, ​​​​Dhenjian Li, Juijie Li, PeiChi Liao, Shulei Yu, Shizhuo Liu, Yifei Li, Xinyu Huang, Zhixin Yao, Li Lin, Xiaoxui Zhao, Ting Lei, Yanfeng Zhang, Yanlong Hou un Lei Liu
Fizikas skola, Vakuuma fizikas galvenā laboratorija, Ķīnas Zinātņu akadēmijas universitāte, Pekina, Ķīna
Singapūras Nacionālās universitātes Materiālzinātnes un inženierzinātņu nodaļa, Singapūra, Singapūra
Pekinas Nacionālā molekulāro zinātņu laboratorija, Ķīmijas un molekulārās inženierijas skola, Pekinas Universitāte, Pekina, Ķīna
Pekinas Nacionālā kondensēto vielu fizikas laboratorija, Ķīnas Zinātņu akadēmijas Fizikas institūts, Pekina, Ķīna