Dziękujemy za odwiedzenie Nature.com.Używasz wersji przeglądarki z ograniczoną obsługą CSS.Aby uzyskać najlepszą jakość, zalecamy użycie zaktualizowanej przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w przeglądarce Internet Explorer).Dodatkowo, aby zapewnić bieżące wsparcie, pokazujemy witrynę bez stylów i JavaScript.
Korelacja konfiguracji atomowych, zwłaszcza stopnia nieuporządkowania (DOD) ciał amorficznych z właściwościami, stanowi ważny obszar zainteresowań materiałoznawstwa i fizyki materii skondensowanej ze względu na trudność określenia dokładnego położenia atomów w trójwymiarowych konstrukcje1,2,3,4., Stara tajemnica, 5. W tym celu systemy 2D umożliwiają wgląd w tajemnicę, umożliwiając bezpośrednie pokazanie wszystkich atomów 6,7.Bezpośrednie obrazowanie amorficznej monowarstwy węgla (AMC) wyhodowanej metodą osadzania laserowego rozwiązuje problem konfiguracji atomowej, wspierając nowoczesny pogląd na krystality w ciałach stałych szklistych w oparciu o teorię sieci losowych8.Jednakże związek przyczynowy między strukturą w skali atomowej a właściwościami makroskopowymi pozostaje niejasny.Tutaj przedstawiamy łatwe dostrajanie DOD i przewodności w cienkich warstwach AMC poprzez zmianę temperatury wzrostu.W szczególności temperatura progowa pirolizy jest kluczowa dla wzrostu przewodzących AMC o zmiennym zakresie skoków średniego rzędu (MRO), natomiast podniesienie temperatury o 25°C powoduje, że AMC tracą MRO i stają się izolacją elektryczną, zwiększając rezystancję arkusza materiał 109 razy.Oprócz wizualizacji silnie zniekształconych nanokrystalitów osadzonych w ciągłych losowych sieciach, mikroskopia elektronowa z rozdzielczością atomową ujawniła obecność/brak MRO i zależną od temperatury gęstość nanokrystalitów, czyli parametry dwóch rzędów zaproponowane do kompleksowego opisu DOD.Obliczenia numeryczne ustaliły mapę przewodnictwa jako funkcję tych dwóch parametrów, bezpośrednio powiązując mikrostrukturę z właściwościami elektrycznymi.Nasza praca stanowi ważny krok w kierunku zrozumienia zależności między strukturą i właściwościami materiałów amorficznych na poziomie podstawowym i toruje drogę urządzeniom elektronicznym wykorzystującym dwuwymiarowe materiały amorficzne.
Wszystkie istotne dane wygenerowane i/lub przeanalizowane w tym badaniu są dostępne u odpowiednich autorów na uzasadnione żądanie.
Kod jest dostępny na GitHubie (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM i Ma, E. Pakowanie atomowe oraz krótkie i średnie zamówienie w szkłach metalicznych.Natura 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, w Metallurgii Fizycznej, wyd. 5.(red. Laughlin, DE i Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ i in.Wykonanie ciągłej utwardzającej się monowarstwy węgla.nauka.Rozszerzony 3, e1601821 (2017).
Toh, KT i in.Synteza i właściwości samonośnej monowarstwy węgla amorficznego.Natura 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. i Weidenthaler, K. (red.) Krystalografia w materiałoznawstwie: od relacji struktura-właściwość do inżynierii (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. i in.Wyznaczanie trójwymiarowej struktury atomowej ciał amorficznych.Natura 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. i Meyer JK Od defektów punktowych w grafenie do dwuwymiarowego węgla amorficznego.fizyka.Wielebny Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. i Meyer JK Droga od porządku do nieporządku – atom po atomie od grafenu do szkła węglowego 2D.nauka.Dom 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.i in.Wizualizacja przegrupowania atomów w szkle krzemionkowym 2D: obejrzyj taniec żelu krzemionkowego.Nauka 342, 224–227 (2013).
Lee H. i in.Synteza wysokiej jakości, jednolitych wielkopowierzchniowych warstw grafenu na folii miedzianej.Nauka 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. i in.Twórz niskowarstwowe, wielkopowierzchniowe filmy grafenowe na dowolnych podłożach poprzez chemiczne osadzanie z fazy gazowej.Nanolet.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. i Solanki R. Chemiczne osadzanie z fazy gazowej cienkich warstw grafenu.Nanotechnologia 21, 145604 (2010).
Kai, J. i in.Wytwarzanie nanowstążek grafenowych z rosnącą precyzją atomową.Natura 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. i in.Racjonalna synteza nanowstążek grafenu o precyzji atomowej bezpośrednio na powierzchni tlenków metali.Nauka 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Wytyczne dotyczące obliczania właściwości elektronicznych nanowstążek grafenowych.chemia magazynowa.Zbiornik.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. i in.Wzrost w niskiej temperaturze stałych warstw grafenu z benzenu poprzez chemiczne osadzanie z fazy gazowej pod ciśnieniem atmosferycznym.nauka.Dom 5, 17955 (2015).
Choi, JH i in.Znaczące obniżenie temperatury wzrostu grafenu na miedzi dzięki zwiększonej londyńskiej sile dyspersji.nauka.Dom 3, 1925 (2013).
Wu, T. i in.Ciągłe folie grafenowe syntetyzowane w niskiej temperaturze poprzez wprowadzenie halogenów jako nasion nasion.Nanoskala 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF i in.Początkowe B2N2-peryleny o różnych orientacjach BN.Angie.Chemiczny.wyd. wewnętrzne60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. i Dresselhaus, MS Spektroskopia Ramana w grafenie.fizyka.Przedstawiciel 473, 51–87 (2009).
Egami, T. i Billinge, SJ Beneath the Bragg Peaks: Strukturalna analiza złożonych materiałów (Elsevier, 2003).
Xu, Z. i in.TEM in situ pokazuje przewodność elektryczną, właściwości chemiczne i zmiany wiązań z tlenku grafenu na grafen.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. i Shek, CH Wolumetryczne okulary metaliczne.Alma Mater.nauka.projekt.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Mott NF i Davis EA Procesy elektroniczne w materiałach amorficznych (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. i Kern K. Mechanizmy przewodzenia w chemicznie pochodnych monowarstwach grafenu.Nanolet.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Przewodzenie skokowe w układach nieuporządkowanych.fizyka.wyd.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Struktura elektronowa realistycznego modelu grafenu amorficznego.fizyka.Stan Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. i Drabold, DA Ab initio modelowanie grafitu amorficznego.fizyka.Wielebny Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Przewodnictwo w materiałach amorficznych NF.3. Stany zlokalizowane w pseudoprzerwie oraz w pobliżu końców pasm przewodnictwa i walencyjnego.filozof.mag.19, 835–852 (1969).
Tuan DV i in.Właściwości izolacyjne folii amorficznego grafenu.fizyka.Wersja B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF i Drabold, DA Pięciokątne fałdy w arkuszu amorficznego grafenu.fizyka.Stan Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. i in.Heteroepitaksjalny wzrost dwuwymiarowego sześciokątnego azotku boru wzorowanego na żebrach grafenowych.Nauka 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. i Tokura Y. Przejście metal-izolator.Mod Kapłana.fizyka.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. i in.Lokalizacja zaburzenia w materiałach krystalicznych z przemianą fazową.Narodowa Alma Mater.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL i in.Analiza strukturalna i chemiczna atom po atomie przy użyciu pierścieniowej mikroskopii elektronowej w ciemnym polu.Natura 464, 571–574 (2010).
Kress, G. i Furtmüller, J. Wydajny schemat iteracyjny do obliczania całkowitej energii ab initio przy użyciu podstawowych zestawów fal płaskich.fizyka.wyd.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. i Joubert, D. Od ultramiękkich pseudopotencjałów po metody falowe ze wzmocnieniem projektora.fizyka.wyd.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C. i Ernzerhof, M. Uproszczenie uogólnionych przybliżeń gradientu.fizyka.Wielebny Wright.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. i Krieg H. Spójna i dokładna wstępna parametryzacja korekcji wariancji funkcjonalnej gęstości (DFT-D) 94-elementowego H-Pu.J.Chemia.fizyka.132, 154104 (2010).
Prace te były wspierane przez Narodowy Program Badań i Rozwoju Chin (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), Chińską Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych (U1932153, 51872285, 11974). 001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Pekińska Fundacja Nauk Przyrodniczych (2192022, Z190011), Program dla wybitnych młodych naukowców w Pekinie (BJJWZYJH01201914430039), Program badań i rozwoju kluczowych obszarów prowincji Guangdong (2019B010934001), Strategiczny program pilotażowy Chińskiej Akademii Nauk, Grant nr XDB33000000 oraz Chińska Akademia Nauk Plan graniczny kluczowych badań naukowych (QYZDB-SSW-JSC019).JC dziękuje Pekińskiej Fundacji Nauk Przyrodniczych w Chinach (JQ22001) za wsparcie.LW dziękuje Stowarzyszeniu na rzecz Promocji Innowacji Młodzieży Chińskiej Akademii Nauk (2020009) za wsparcie.Część prac przeprowadzono w stabilnym urządzeniu do silnego pola magnetycznego w Laboratorium Wysokiego Pola Magnetycznego Chińskiej Akademii Nauk przy wsparciu Laboratorium Wysokiego Pola Magnetycznego prowincji Anhui.Zasoby obliczeniowe zapewniają platforma superkomputerowa Uniwersytetu w Pekinie, centrum superkomputerowe w Szanghaju oraz superkomputer Tianhe-1A.
Autorzy tekstów: 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
Szkoła Fizyki, Kluczowe Laboratorium Fizyki Próżni, Uniwersytet Chińskiej Akademii Nauk, Pekin, Chiny
Wydział Nauki i Inżynierii Materiałowej, National University of Singapore, Singapur, Singapur
Pekińskie Narodowe Laboratorium Nauk Molekularnych, Szkoła Chemii i Inżynierii Molekularnej, Uniwersytet Pekiński, Pekin, Chiny
Pekińskie Narodowe Laboratorium Fizyki Materii Skondensowanej, Instytut Fizyki Chińskiej Akademii Nauk, Pekin, Chiny