Ďakujeme, že ste navštívili Nature.com.Používate verziu prehliadača s obmedzenou podporou CSS.Pre najlepší zážitok vám odporúčame použiť aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v programe Internet Explorer).Okrem toho, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, zobrazujeme stránku bez štýlov a JavaScriptu.
Korelácia atómových konfigurácií, najmä stupeň neusporiadanosti (DOD) amorfných pevných látok s vlastnosťami, je dôležitou oblasťou záujmu materiálovej vedy a fyziky kondenzovaných látok z dôvodu ťažkostí pri určovaní presných polôh atómov v trojrozmernom priestore. štruktúry1,2,3,4., Stará záhada, 5. Na tento účel poskytujú 2D systémy pohľad na záhadu tým, že umožňujú priame zobrazenie všetkých atómov 6,7.Priame zobrazovanie amorfnej monovrstvy uhlíka (AMC) pestovanej laserovou depozíciou rieši problém konfigurácie atómov a podporuje moderný pohľad na kryštály v sklovitých pevných látkach založený na teórii náhodných sietí8.Kauzálny vzťah medzi štruktúrou atómovej stupnice a makroskopickými vlastnosťami však zostáva nejasný.Tu uvádzame ľahké ladenie DOD a vodivosti v tenkých filmoch AMC zmenou teploty rastu.Najmä prahová teplota pyrolýzy je kľúčová pre pestovanie vodivých AMC s premenlivým rozsahom skokov stredného rádu (MRO), zatiaľ čo zvýšenie teploty o 25 °C spôsobí, že AMC stratia MRO a stanú sa elektricky izolujúcimi, čím sa zvýši odpor plechu. materiál v 109-krát.Okrem vizualizácie vysoko skreslených nanokryštálov zabudovaných do kontinuálnych náhodných sietí odhalila elektrónová mikroskopia s atómovým rozlíšením prítomnosť / neprítomnosť MRO a hustotu nanokryštalitov závislú od teploty, dva parametre rádu navrhnuté pre komplexný popis DOD.Numerické výpočty stanovili mapu vodivosti ako funkciu týchto dvoch parametrov, ktoré priamo spájajú mikroštruktúru s elektrickými vlastnosťami.Naša práca predstavuje dôležitý krok k pochopeniu vzťahu medzi štruktúrou a vlastnosťami amorfných materiálov na základnej úrovni a pripravuje pôdu pre elektronické zariadenia využívajúce dvojrozmerné amorfné materiály.
Všetky relevantné údaje generované a/alebo analyzované v tejto štúdii sú dostupné od príslušných autorov na základe primeranej žiadosti.
Kód je dostupný na GitHub (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM a Ma, E. Atómové balenie a krátke a stredné objednávky v kovových sklách.Nature 439, 419-425 (2006).
Greer, AL, vo fyzikálnej metalurgii, 5. vydanie.(eds. Laughlin, DE a Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ a kol.Realizácia súvislého vytvrdzovania uhlíkovej monovrstvy.veda.Rozšírené 3, e1601821 (2017).
Toh, KT a kol.Syntéza a vlastnosti samonosnej monovrstvy amorfného uhlíka.Príroda 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (eds.) Kryštalografia v materiálovej vede: Od vzťahov medzi štruktúrou a vlastníctvom k inžinierstvu (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. a kol.Určte trojrozmernú atómovú štruktúru amorfných pevných látok.Príroda 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. a Meyer JK Od bodových defektov v graféne k dvojrozmernému amorfnému uhlíku.fyzika.Reverend Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. a Meyer JK Cesta od poriadku k poruche – atóm po atóme od grafénu po 2D uhlíkové sklo.veda.Dom 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.a kol.Vizualizácia preskupenia atómov v 2D kremičitom skle: sledujte tanec silikagélu.Science 342, 224–227 (2013).
Lee H. a kol.Syntéza kvalitných a rovnomerných veľkoplošných grafénových filmov na medenej fólii.Science 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. a kol.Vytvorte nízkovrstvové, veľkoplošné grafénové filmy na ľubovoľných substrátoch pomocou chemického nanášania pár.Nanolet.9, 30-35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. a Solanki R. Chemická depozícia tenkých vrstiev grafénu z pár.Nanotechnológia 21, 145604 (2010).
Kai, J. a kol.Výroba grafénových nanopások vzostupnou atómovou presnosťou.Nature 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. a kol.Racionálna syntéza grafénových nanopások atómovej presnosti priamo na povrchu oxidov kovov.Science 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Pokyny na výpočet elektronických vlastností grafénových nanorribónov.skladovacia chémia.zásobná nádrž.46, 2319 – 2328 (2013).
Jang, J. a kol.Nízkoteplotný rast pevných grafénových filmov z benzénu chemickou depozíciou pár pri atmosférickom tlaku.veda.Dom 5, 17955 (2015).
Choi, JH a kol.Významné zníženie teploty rastu grafénu na medi v dôsledku zvýšenej londýnskej disperznej sily.veda.Dom 3, 1925 (2013).
Wu, T. a kol.Kontinuálne grafénové filmy syntetizované pri nízkej teplote zavedením halogénov ako semien semien.Nanoškála 5, 5456 – 5461 (2013).
Zhang, PF a kol.Počiatočné B2N2-perylény s rôznymi orientáciami BN.Angie.Chemický.interný Ed.60, 23313 – 23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. a Dresselhaus, MS Ramanova spektroskopia v graféne.fyzika.Zástupca 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 elektrickú vodivosť, chemické vlastnosti a zmeny väzby z oxidu grafénu na grafén.ACS Nano 5, 4401 – 4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Objemové kovové okuliare.Alma mater.veda.projektu.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. Mechanizmy vedenia v chemicky derivatizovaných monovrstvách grafénu.Nanolet.9, 1787 – 1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Hoppingové vedenie v neusporiadaných systémoch.fyzika.Ed.B 4, 2612-2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Elektronická štruktúra realistického modelu amorfného grafénu.fyzika.State Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepál, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab initio modelovanie amorfného grafitu.fyzika.Reverend Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Vodivosť v amorfných materiáloch NF.3. Lokalizované stavy v pseudogape a blízko koncov vodivých a valenčných pásov.filozof.mag.19, 835-852 (1969).
Tuan DV a kol.Izolačné vlastnosti amorfných grafénových vrstiev.fyzika.Revízia B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF a Drabold, DA Päťuholníkové záhyby v liste amorfného grafénu.fyzika.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. a kol.Heteroepitaxiálny rast dvojrozmerného hexagonálneho nitridu bóru vzorovaného grafénovými rebrami.Science 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. a Tokura Y. Prechod kov-izolátor.Kňaz Mod.fyzika.70, 1039-1263 (1998).
Siegrist T. a kol.Lokalizácia poruchy v kryštalických materiáloch s fázovým prechodom.Národná alma mater.10, 202 – 208 (2011).
Krivánek, OL a kol.Štrukturálna a chemická analýza atóm po atóme pomocou kruhovej elektrónovej mikroskopie v tmavom poli.Nature 464, 571–574 (2010).
Kress, G. a Furtmüller, J. Efektívna iteračná schéma pre ab initio výpočet celkovej energie pomocou základných množín rovinných vĺn.fyzika.Ed.B 54, 11169-11186 (1996).
Kress, G. a Joubert, D. Od ultramäkkých pseudopotenciálov k vlnovým metódam s projektorovým zosilnením.fyzika.Ed.B 59, 1758-1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C. a Ernzerhof, M. Zjednodušené zovšeobecnené gradientové aproximácie.fyzika.Reverend Wright.77, 3865-3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. a Krieg H. Konzistentná a presná počiatočná parametrizácia korekcie funkčnej odchýlky hustoty (DFT-D) 94-prvkového H-Pu.J. Chemistry.fyzika.132, 154104 (2010).
Táto práca bola podporená národným kľúčovým programom výskumu a vývoja Číny (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), Národná nadácia pre prírodné vedy (National83,7293 China) 001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Pekingská prírodovedná nadácia (2192022, Z190011), Peking Distinguished Young Scientist Program (BJWZYJH01201914430039), provinčný program Provincial Key Area Research a rozvojový program (2019b010934001), Čínska akadémia Science Strategic Pilot Program, Grant č. Hraničný plán kľúčového vedeckého výskumu (QYZDB-SSW-JSC019).JC ďakuje Beijing Natural Science Foundation of China (JQ22001) za ich podporu.LW ďakuje Asociácii na podporu inovácií mládeže Čínskej akadémie vied (2020009) za podporu.Časť prác bola vykonaná v stabilnom zariadení so silným magnetickým poľom Laboratória vysokého magnetického poľa Čínskej akadémie vied s podporou laboratória vysokého magnetického poľa provincie Anhui.Výpočtové zdroje poskytuje superpočítačová platforma Pekingskej univerzity, superpočítačové centrum v Šanghaji a superpočítač Tianhe-1A.
Ich autormi sú nasledujúce skupiny: 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
Fyzikálna škola, kľúčové laboratórium vákuovej fyziky, Univerzita Čínskej akadémie vied, Peking, Čína
Katedra materiálovej vedy a inžinierstva, Národná univerzita v Singapure, Singapur, Singapur
Pekingské národné laboratórium molekulárnych vied, Škola chémie a molekulárneho inžinierstva, Pekingská univerzita, Peking, Čína
Pekingské národné laboratórium pre fyziku kondenzovaných látok, Inštitút fyziky, Čínska akadémia vied, Peking, Čína