Hvala vam što ste posjetili Nature.com.Koristite verziju pretraživača sa ograničenom podrškom za CSS.Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani pretraživač (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru).Osim toga, kako bismo osigurali stalnu podršku, prikazujemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Korelacija atomskih konfiguracija, posebno stepena poremećenosti (DOD) amorfnih čvrstih materija sa svojstvima, važno je područje interesovanja u nauci o materijalima i fizici kondenzovane materije zbog teškoća određivanja tačnih položaja atoma u trodimenzionalnom prostoru. strukture1,2,3,4., Stara misterija, 5. U tu svrhu, 2D sistemi pružaju uvid u misteriju dozvoljavajući da se svi atomi direktno prikažu 6,7.Direktno snimanje amorfnog monosloja ugljika (AMC) uzgojenog laserskim taloženjem rješava problem atomske konfiguracije, podržavajući moderni pogled na kristalite u staklastim čvrstim tvarima zasnovan na teoriji slučajnih mreža8.Međutim, uzročna veza između strukture atomske skale i makroskopskih svojstava ostaje nejasna.Ovdje izvještavamo o jednostavnom podešavanju DOD-a i provodljivosti u AMC tankim filmovima promjenom temperature rasta.Konkretno, temperatura praga pirolize je ključna za uzgoj provodljivih AMC-a s promjenjivim rasponom skokova srednjeg reda (MRO), dok podizanje temperature za 25°C uzrokuje da AMC-ovi izgube MRO i postanu električna izolacija, povećavajući otpor lima materijala u 109 puta.Pored vizualizacije visoko izobličenih nanokristalita ugrađenih u kontinuirane nasumične mreže, elektronska mikroskopija atomske rezolucije otkrila je prisustvo/odsustvo MRO i temperaturno zavisnu gustinu nanokristalita, dva parametra reda predložena za sveobuhvatan opis DOD.Numerički proračuni su utvrdili mapu provodljivosti kao funkciju ova dva parametra, direktno povezujući mikrostrukturu sa električnim svojstvima.Naš rad predstavlja važan korak ka razumijevanju odnosa između strukture i svojstava amorfnih materijala na fundamentalnom nivou i utire put elektronskim uređajima koji koriste dvodimenzionalne amorfne materijale.
Svi relevantni podaci prikupljeni i/ili analizirani u ovoj studiji dostupni su od odgovarajućih autora na razuman zahtjev.
Kôd 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 pakovanje i kratka i srednja narudžba u metalnim čašama.Nature 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, u Physical Metallurgy, 5. ed.(ur. Laughlin, DE i Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ et al.Implementacija kontinuiranog očvršćavanja ugljičnog monosloja.nauku.Prošireno 3, e1601821 (2017).
Toh, KT i dr.Sinteza i svojstva samonosivog monosloja amorfnog ugljika.Nature 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (ur.) Kristalografija u nauci o materijalima: od odnosa strukture i svojstava do inženjerstva (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. et al.Odrediti trodimenzionalnu atomsku strukturu amorfnih čvrstih materija.Nature 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. i Meyer JK Od tačkastih defekata u grafenu do dvodimenzionalnog amorfnog ugljenika.fizike.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 ugljičnog stakla.nauku.Kuća 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.et al.Vizualizacija atomskog preuređivanja u 2D silika staklu: gledajte kako pleše silika gel.Science 342, 224–227 (2013).
Lee H. et al.Sinteza visokokvalitetnih i ujednačenih grafenskih filmova velike površine na bakrenoj foliji.Science 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. et al.Kreirajte niskoslojne filmove grafena velike površine na proizvoljnim podlogama hemijskim taloženjem pare.Nanolet.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. i Solanki R. Hemijsko taloženje tankih filmova grafena parom.Nanotehnologija 21, 145604 (2010).
Kai, J. et al.Izrada grafenskih nano traka uzlaznom atomskom preciznošću.Nature 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. et al.Racionalna sinteza grafenskih nano traka atomske preciznosti direktno na površini metalnih oksida.Science 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Smjernice za proračun elektronskih svojstava grafenskih nanoribbon.hemija skladištenja.rezervoar za skladištenje.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. et al.Niskotemperaturni rast čvrstih grafenskih filmova iz benzena hemijskim taloženjem pare pod atmosferskim pritiskom.nauku.Kuća 5, 17955 (2015).
Choi, JH et al.Značajno smanjenje temperature rasta grafena na bakru zbog pojačane sile disperzije Londona.nauku.Kuća 3, 1925 (2013).
Wu, T. et al.Kontinuirani grafenski filmovi sintetizirani na niskim temperaturama uvođenjem halogena kao sjemena sjemena.Nanoscale 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF et al.Početni B2N2-perileni sa različitim BN orijentacijama.Angie.Hemijski.interni Ed.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. i Dresselhaus, MS Ramanova spektroskopija u grafenu.fizike.Predstavnik 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Beneath the Bragg Peaks: Strukturna analiza složenih materijala (Elsevier, 2003.)。
Xu, Z. et al.In situ TEM pokazuje električnu provodljivost, hemijska svojstva i promene veze od grafenskog oksida do grafena.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Volumetrijske metalne naočale.alma mater.nauku.projekat.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Mott NF i Davis EA Elektronski procesi u amorfnim materijalima (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. i Kern K. Mehanizmi provodljivosti u hemijski derivatizovanim monoslojevima grafena.Nanolet.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Skokovita provodljivost u neuređenim sistemima.fizike.Ed.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Elektronska struktura realističkog modela amorfnog grafena.fizike.State Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab initio modeliranje amorfnog grafita.fizike.Velečasni Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Provodljivost u amorfnim materijalima NF.3. Lokalizirana stanja u pseudorazu i blizu krajeva provodnih i valentnih pojasa.filozof.mag.19, 835–852 (1969).
Tuan DV et al.Izolacijska svojstva amorfnih grafenskih filmova.fizike.Revizija B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF i Drabold, DA Pentagonalni nabori u listu amorfnog grafena.fizike.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. et al.Heteroepitaksijalni rast dvodimenzionalnog heksagonalnog bor nitrida sa uzorkom grafenskih rebara.Science 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. i Tokura Y. Prijelaz metal-izolator.Svećenik Mod.fizike.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. et al.Lokalizacija poremećaja u kristalnim materijalima s faznim prijelazom.Nacionalna alma mater.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL i dr.Strukturna i hemijska analiza atom po atom korišćenjem prstenaste elektronske mikroskopije u tamnom polju.Nature 464, 571–574 (2010).
Kress, G. i Furtmüller, J. Efikasna iterativna shema za ab initio proračun ukupne energije koristeći bazične skupove ravnih valova.fizike.Ed.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. i Joubert, D. Od ultramekih pseudopotencijala do talasnih metoda sa projektorskim pojačanjem.fizike.Ed.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C., i Ernzerhof, M. Generalizirane aproksimacije gradijenta su pojednostavljene.fizike.Velečasni Wright.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. i Krieg H. Dosljedna i precizna početna parametrizacija korekcije funkcionalne varijanse gustoće (DFT-D) 94-elementnog H-Pu.J. Chemistry.fizike.132, 154104 (2010).
Ovaj rad je podržan od strane Nacionalnog ključnog programa za istraživanje i razvoj Kine (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), The National Natural Science Found, 2018, 2018, 2018, 2018 974001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Pekinška fondacija za prirodne nauke (2192022, Z190011), Pekinški program istaknutih mladih naučnika (BJJWZYJH01201914430039), Program istraživanja i razvoja ključnih područja provincije Guangdong (2019B0109g34001), program Kineske akademije nauke br 00, i Kineska akademija nauka Plan granica ključnih naučnih istraživanja (QYZDB-SSW-JSC019).JC zahvaljuje Pekinškoj fondaciji za prirodne nauke Kine (JQ22001) na njihovoj podršci.LW zahvaljuje Udruženju za promicanje inovacija mladih Kineske akademije nauka (2020009) na podršci.Dio radova je obavljen u stabilnom uređaju za snažno magnetno polje Laboratorije za visoko magnetno polje Kineske akademije nauka uz podršku Laboratorije za visoko magnetno polje provincije Anhui.Računarske resurse obezbjeđuju superkompjuterska platforma Pekinškog univerziteta, šangajski superračunarski centar i superkompjuter Tianhe-1A.
Ovi autori su uneli ravne uloge: 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
Fakultet fizike, Ključna laboratorija za fiziku vakuuma, Univerzitet Kineske akademije nauka, Peking, Kina
Odsjek za nauku o materijalima i inženjerstvo, Nacionalni univerzitet Singapura, Singapur, Singapur
Pekinška nacionalna laboratorija za molekularne nauke, Fakultet za hemiju i molekularno inženjerstvo, Pekinški univerzitet, Peking, Kina
Pekinška nacionalna laboratorija za fiziku kondenzovane materije, Institut za fiziku Kineske akademije nauka, Peking, Kina