Hvala što ste posjetili Nature.com.Koristite verziju preglednika s ograničenom CSS podrškom.Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru).Osim toga, kako bismo osigurali stalnu podršku, prikazujemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Korelacija atomskih konfiguracija, posebno stupnja nereda (DOD) amorfnih krutina sa svojstvima, važno je područje interesa u znanosti o materijalima i fizici kondenzirane tvari zbog poteškoća u određivanju točnih položaja atoma u trodimenzionalnom strukture1,2,3,4., Stara misterija, 5. U tu svrhu, 2D sustavi pružaju uvid u misterij dopuštajući izravno prikazivanje svih atoma 6,7.Izravna slika amorfnog monosloja ugljika (AMC) uzgojenog laserskim taloženjem rješava problem atomske konfiguracije, podupirući moderni pogled na kristalite u staklastim krutinama temeljen na teoriji slučajnih mreža8.Međutim, uzročna veza između strukture atomske ljestvice i makroskopskih svojstava ostaje nejasna.Ovdje izvješćujemo o lakom podešavanju DOD-a i vodljivosti u AMC tankim filmovima promjenom temperature rasta.Konkretno, temperatura praga pirolize ključna je za uzgoj vodljivih AMC-ova s ​​varijabilnim rasponom skokova srednjeg reda (MRO), dok podizanje temperature za 25°C uzrokuje da AMC-ovi izgube MRO i postanu električni izolacijski, povećavajući otpornost ploče. materijala u 109 puta.Uz vizualizaciju visoko izobličenih nanokristalita ugrađenih u kontinuirane nasumične mreže, elektronska mikroskopija atomske razlučivosti otkrila je prisutnost/odsutnost MRO i temperaturno ovisne gustoće nanokristalita, dva parametra reda predložena za sveobuhvatan opis DOD-a.Numeričkim izračunima uspostavljena je karta vodljivosti kao funkcija ova dva parametra, izravno povezujući mikrostrukturu s električnim svojstvima.Naš rad predstavlja važan korak prema razumijevanju odnosa između strukture i svojstava amorfnih materijala na temeljnoj razini i utire put elektroničkim uređajima koji koriste dvodimenzionalne amorfne materijale.
Svi relevantni podaci generirani i/ili analizirani u ovoj studiji dostupni su od odgovarajućih autora na razuman zahtjev.
Kod je dostupan na GitHubu (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM i Ma, E. Atomsko pakiranje i kratka i srednja narudžba u metalnim staklima.Nature 439, 419-425 (2006).
Greer, AL, u Physical Metallurgy, 5. izdanje.(ur. Laughlin, DE i Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014.).
Ju, WJ i sur.Izvedba monosloja ugljika kontinuiranog otvrdnjavanja.znanost.Prošireno 3, e1601821 (2017).
Toh, KT i sur.Sinteza i svojstva samonosivog monosloja amorfnog ugljika.Nature 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (ur.) Kristalografija u znanosti o materijalima: Od odnosa strukture i svojstva do inženjerstva (De Gruyter, 2021.).
Yang, Y. i sur.Odrediti trodimenzionalnu strukturu atoma amorfnih krutina.Nature 592, 60-64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. i Meyer JK Od točkastih defekata u grafenu do dvodimenzionalnog amorfnog ugljika.fizika.Velečasni Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. i Meyer JK Put od reda do nereda—atom po atom od grafena do 2D karbonskog stakla.znanost.Kuća 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.et al.Vizualizacija atomskog preslagivanja u 2D silikagelu: gledajte ples silikagela.Znanost 342, 224–227 (2013).
Lee H. i sur.Sinteza visokokvalitetnih i jednolikih grafenskih filmova velike površine na bakrenoj foliji.Znanost 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. i sur.Napravite niskoslojne grafenske filmove velike površine na proizvoljnim podlogama kemijskim taloženjem iz pare.Nanolet.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. i Solanki R. Kemijsko taloženje tankih filmova grafena iz pare.Nanotehnologija 21, 145604 (2010).
Kai, J. i sur.Proizvodnja grafenskih nanotraka uzlaznom atomskom preciznošću.Nature 466, 470-473 (2010).
Kolmer M. i sur.Racionalna sinteza grafenskih nanovrpci atomske preciznosti izravno na površini metalnih oksida.Znanost 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Smjernice za proračun elektroničkih svojstava grafenskih nanoribona.kemija skladištenja.spremnik.46, 2319-2328 (2013).
Jang, J. i sur.Niskotemperaturni rast čvrstih grafenskih filmova iz benzena kemijskim taloženjem iz pare pri atmosferskom tlaku.znanost.Kuća 5, 17955 (2015).
Choi, JH i sur.Značajno smanjenje temperature rasta grafena na bakru zbog pojačane Londonove disperzijske sile.znanost.Kuća 3, 1925. (2013.).
Wu, T. i sur.Kontinuirani grafenski filmovi sintetizirani na niskim temperaturama uvođenjem halogena kao klica sjemena.Nanoscale 5, 5456-5461 (2013).
Zhang, PF i sur.Početni B2N2-perileni s različitim BN orijentacijama.Angie.Kemijski.unutarnje Ed.60, 23313-23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. i Dresselhaus, MS Ramanova spektroskopija u grafenu.fizika.Predstavnik 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Ispod Braggovih vrhova: Strukturna analiza složenih materijala (Elsevier, 2003.).
Xu, Z. i sur.In situ TEM pokazuje električnu vodljivost, kemijska svojstva i promjene veza između grafen oksida i grafena.ACS Nano 5, 4401-4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Volumetrijske metalne čaše.alma mater.znanost.projekt.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Mott NF i Davis EA Elektronički procesi u amorfnim materijalima (Oxford University Press, 2012.).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. i Kern K. Mehanizmi provođenja u kemijski derivatiziranim monoslojevima grafena.Nanolet.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Skočna kondukcija u neuređenim sustavima.fizika.ur.B 4, 2612-2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Elektronska struktura realističnog modela amorfnog grafena.fizika.State Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab initio modeliranje amorfnog grafita.fizika.Velečasni Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Vodljivost u amorfnim materijalima NF.3. Lokalizirana stanja u pseudogazoru i blizu krajeva vodljivog i valentnog pojasa.filozof.mag.19, 835–852 (1969).
Tuan DV i sur.Izolacijska svojstva amorfnih grafenskih filmova.fizika.Revizija B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF i Drabold, DA Peterokutni nabori u listu amorfnog grafena.fizika.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. i sur.Heteroepitaksijalni rast dvodimenzionalnog heksagonalnog borovog nitrida s grafenskim rebrima.Znanost 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. i Tokura Y. Prijelaz metal-izolator.Svećenik mod.fizika.70, 1039-1263 (1998).
Siegrist T. i sur.Lokalizacija poremećaja u kristalnim materijalima s faznim prijelazom.Nacionalna alma mater.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL i sur.Strukturna i kemijska analiza atoma po atom pomoću prstenaste elektronske mikroskopije u tamnom polju.Nature 464, 571-574 (2010).
Kress, G. i Furtmüller, J. Učinkovita iterativna shema za ab initio izračun ukupne energije korištenjem osnovnih skupova ravnih valova.fizika.ur.B 54, 11169-11186 (1996).
Kress, G. i Joubert, D. Od ultramekih pseudopotencijala do valnih metoda s projektorskim pojačanjem.fizika.ur.B 59, 1758-1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C. i Ernzerhof, M. Pojednostavljene aproksimacije generaliziranog gradijenta.fizika.Velečasni Wright.77, 3865-3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. i Krieg H. Dosljedna i točna početna parametrizacija korekcije funkcionalne varijance gustoće (DFT-D) 94-elementnog H-Pu.J. Kemija.fizika.132, 154104 (2010).
Ovaj rad je podržan od strane Nacionalnog ključnog programa za istraživanje i razvoj Kine (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), Nacionalne zaklade za prirodne znanosti Kine (U1932153, 51872285, 1197). 4001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Pekinška zaklada za prirodne znanosti (2192022, Z190011), Pekinški program istaknutih mladih znanstvenika (BJJWZYJH01201914430039), Program za istraživanje i razvoj pokrajine Guangdong (2019B010934001), Strateški pilot-program Kineske akademije znanosti, potpora br. XDB33000000 i Kina akademije znanosti Granični plan ključnih znanstvenih istraživanja (QYZDB-SSW-JSC019).JC zahvaljuje Beijing Natural Science Foundation of China (JQ22001) na njihovoj podršci.LW zahvaljuje Udruzi za promicanje inovacija mladih Kineske akademije znanosti (2020009) na podršci.Dio rada obavljen je u stabilnom uređaju za jako magnetsko polje Laboratorija za visoko magnetsko polje Kineske akademije znanosti uz potporu Laboratorija za visoko magnetsko polje provincije Anhui.Računalne resurse osiguravaju superračunalna platforma Sveučilišta u Pekingu, superračunalni centar u Šangaju i superračunalo Tianhe-1A.
Ovi autori su unijeli pravi prilog: Huifeng Tian, ​​​​Yinhang Ma, Zhenjiang Li, Mouyang Cheng, Shoucong Ning.
Huifeng Tian, ​​Zhenjian 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 i Lei Liu
Škola fizike, Ključni laboratorij za vakuumsku fiziku, Sveučilište Kineske akademije znanosti, Peking, Kina
Odjel za znanost o materijalima i inženjerstvo, Nacionalno sveučilište u Singapuru, Singapur, Singapur
Pekinški nacionalni laboratorij za molekularne znanosti, Fakultet za kemiju i molekularno inženjerstvo, Sveučilište Peking, Peking, Kina
Pekinški nacionalni laboratorij za fiziku kondenzirane tvari, Institut za fiziku, Kineska akademija znanosti, Peking, Kina