Porucha v amorfní uhlíkové monovrstvě moduluje elektrickou vodivost

Děkujeme, že jste navštívili Nature.com.Používáte verzi prohlížeče s omezenou podporou CSS.Chcete-li dosáhnout nejlepšího výsledku, doporučujeme použít aktualizovaný prohlížeč (nebo vypnout režim kompatibility v aplikaci Internet Explorer).Abychom zajistili trvalou podporu, zobrazujeme web bez stylů a JavaScriptu.
Korelace atomových konfigurací, zejména stupně neuspořádanosti (DOD) amorfních pevných látek s vlastnostmi, je důležitou oblastí zájmu v materiálové vědě a fyzice kondenzovaných látek kvůli obtížnosti určování přesných poloh atomů v trojrozměrném prostoru. struktury1,2,3,4., Stará záhada, 5. Za tímto účelem poskytují 2D systémy vhled do záhady tím, že umožňují přímé zobrazení všech atomů 6,7.Přímé zobrazení amorfní monovrstvy uhlíku (AMC) vypěstované laserovou depozicí řeší problém atomové konfigurace a podporuje moderní pohled na krystality ve skelných pevných látkách založený na teorii náhodných sítí8.Kauzální vztah mezi strukturou atomárního měřítka a makroskopickými vlastnostmi však zůstává nejasný.Zde uvádíme snadné ladění DOD a vodivosti v tenkých vrstvách AMC změnou teploty růstu.Zejména prahová teplota pyrolýzy je klíčová pro pěstování vodivých AMC s proměnným rozsahem skoků středního řádu (MRO), zatímco zvýšení teploty o 25 °C způsobí, že AMC ztratí MRO a stanou se elektricky izolujícími, čímž se zvýší odpor plechu. materiálu ve 109 krát.Kromě vizualizace vysoce zkreslených nanokrystalitů vložených do spojitých náhodných sítí odhalila elektronová mikroskopie s atomárním rozlišením přítomnost/nepřítomnost MRO a hustotu nanokrystalitů závislou na teplotě, dva parametry řádu navržené pro komplexní popis DOD.Numerické výpočty stanovily mapu vodivosti jako funkci těchto dvou parametrů, které přímo spojují mikrostrukturu s elektrickými vlastnostmi.Naše práce představuje důležitý krok k pochopení vztahu mezi strukturou a vlastnostmi amorfních materiálů na základní úrovni a připravuje cestu pro elektronická zařízení využívající dvourozměrné amorfní materiály.
Všechna relevantní data generovaná a/nebo analyzovaná v této studii jsou na přiměřenou žádost k dispozici od příslušných autorů.
Kód je k dispozici na GitHubu (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM a Ma, E. Atomové balení a krátké a střední řády v kovových sklech.Příroda 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, ve fyzikální metalurgii, 5. vydání.(eds. Laughlin, DE a Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ a kol.Realizace kontinuálně tvrdnoucí uhlíkové monovrstvy.věda.Rozšířené 3, e1601821 (2017).
Toh, KT a kol.Syntéza a vlastnosti samonosné monovrstvy amorfního uhlíku.Příroda 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (eds.) Krystalografie ve vědě o materiálech: Od vztahů mezi strukturou a vlastnictvím k inženýrství (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. a kol.Určete trojrozměrnou atomovou strukturu amorfních pevných látek.Příroda 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. a Meyer JK Od bodových defektů v grafenu k dvourozměrnému amorfnímu uhlíku.fyzika.Reverend Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. a Meyer JK Cesta od řádu k nepořádku – atom po atomu od grafenu k 2D uhlíkovému sklu.věda.Dům 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.a kol.Vizualizace atomového přeskupení ve 2D křemičitém skle: sledujte tanec silikagelu.Science 342, 224–227 (2013).
Lee H. a kol.Syntéza vysoce kvalitních a jednotných velkoplošných grafenových filmů na měděné fólii.Science 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. a kol.Vytvářejte nízkovrstvé, velkoplošné grafenové filmy na libovolných substrátech pomocí chemické depozice z par.Nanolet.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. a Solanki R. Chemická depozice tenkých vrstev grafenu z par.Nanotechnology 21, 145604 (2010).
Kai, J. a kol.Výroba grafenových nanopásek vzestupnou atomovou přesností.Příroda 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. a kol.Racionální syntéza grafenových nanoribbonů atomové přesnosti přímo na povrchu oxidů kovů.Science 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Pokyny pro výpočet elektronických vlastností grafenových nanoribbonů.skladovací chemie.skladovací nádrž.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. a kol.Nízkoteplotní růst pevných grafenových filmů z benzenu chemickou depozicí par za atmosférického tlaku.věda.Dům 5, 17955 (2015).
Choi, JH a kol.Významné snížení teploty růstu grafenu na mědi díky zvýšené londýnské disperzní síle.věda.Dům 3, 1925 (2013).
Wu, T. a kol.Kontinuální grafenové filmy syntetizované při nízké teplotě zavedením halogenů jako semen semen.Nanoměřítko 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF a kol.Počáteční B2N2-peryleny s různými orientacemi BN.Angie.Chemikálie.interní Ed.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. a Dresselhaus, MS Ramanova spektroskopie v grafenu.fyzika.Zástupce 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Beneath the Bragg Peaks: Structural Analysis of Complex Materials (Elsevier, 2003).
Xu, Z. a kol.In situ TEM ukazuje elektrickou vodivost, chemické vlastnosti a změny vazeb z oxidu grafenu na grafen.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Objemové kovové brýle.alma mater.věda.projekt.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Mott NF a Davis EA Electronic Processes in Amorphous Materials (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. a Kern K. Mechanismy vedení v chemicky derivatizovaných monovrstvách grafenu.Nanolet.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Hoppingové vedení v neuspořádaných systémech.fyzika.Ed.B 4, 2612-2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Elektronická struktura realistického modelu amorfního grafenu.fyzika.State Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepál, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab initio modelování amorfního grafitu.fyzika.Reverend Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Vodivost v amorfních materiálech NF.3. Lokalizované stavy v pseudogapu a blízko konců vodivostních a valenčních pásů.filozof.mag.19, 835-852 (1969).
Tuan DV a kol.Izolační vlastnosti amorfních grafenových vrstev.fyzika.Revize B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF a Drabold, DA Pentagonální záhyby v listu amorfního grafenu.fyzika.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. a kol.Heteroepitaxní růst dvourozměrného hexagonálního nitridu boru vzorovaného grafenovými žebry.Science 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. a Tokura Y. Přechod kov-izolátor.Priest Mod.fyzika.70, 1039-1263 (1998).
Siegrist T. a kol.Lokalizace poruchy v krystalických materiálech s fázovým přechodem.Národní alma mater.10, 202–208 (2011).
Křivánek, OL a kol.Strukturální a chemická analýza atom po atomu pomocí kruhové elektronové mikroskopie v tmavém poli.Příroda 464, 571–574 (2010).
Kress, G. a Furtmüller, J. Efektivní iterační schéma pro ab initio výpočet celkové energie pomocí základních sad rovinných vln.fyzika.Ed.B 54, 11169-11186 (1996).
Kress, G. a Joubert, D. Od ultrasoft pseudopotenciálů k vlnovým metodám s projektorovým zesílením.fyzika.Ed.B 59, 1758-1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C. a Ernzerhof, M. Zjednodušené zobecněné gradientní aproximace.fyzika.Reverend Wright.77, 3865-3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. a Krieg H. Konzistentní a přesná počáteční parametrizace korekce funkční odchylky hustoty (DFT-D) 94-prvkového H-Pu.J. Chemie.fyzika.132, 154104 (2010).
Tato práce byla podpořena Národním klíčovým programem pro výzkum a vývoj Číny (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), Národní nadace pro přírodní vědy (National852,798 China) 001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Beijing Natural Science Foundation (2192022, Z190011), Beijing Distinguished Young Scientist Program (BJJWZYJH01201914430039), Guangdong Provincial Key Area Research and Development Program (2019B010934001), Chinese Academy of Sciences Strategic Pilot Program, Grant No. XDB33000000, and China Academy of Sciences Hraniční plán klíčového vědeckého výzkumu (QYZDB-SSW-JSC019).JC děkuje Beijing Natural Science Foundation of China (JQ22001) za jejich podporu.LW děkuje Asociaci pro podporu inovací mládeže Čínské akademie věd (2020009) za podporu.Část práce byla provedena ve stabilním zařízení se silným magnetickým polem Laboratoře vysokého magnetického pole Čínské akademie věd s podporou laboratoře vysokého magnetického pole provincie Anhui.Výpočetní zdroje poskytuje superpočítačová platforma Pekingské univerzity, superpočítačové centrum v Šanghaji a superpočítač Tianhe-1A.
Jejich autory v různých kategoriích: 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 a Lei Liu
School of Physics, Klíčová laboratoř vakuové fyziky, Univerzita Čínské akademie věd, Peking, Čína
Katedra materiálových věd a inženýrství, National University of Singapore, Singapur, Singapur
Pekingská národní laboratoř molekulárních věd, škola chemie a molekulárního inženýrství, Pekingská univerzita, Peking, Čína
Pekingská národní laboratoř pro fyziku kondenzovaných látek, Ústav fyziky, Čínská akademie věd, Peking, Čína


Čas odeslání: březen-02-2023
  • wechat
  • wechat