Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz.Sınırlı CSS desteğine sahip bir tarayıcı sürümü kullanıyorsunuz.En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz.Ayrıca sürekli desteği sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan gösteriyoruz.
Atomik konfigürasyonların, özellikle de amorf katıların düzensizlik derecesinin (DOD) özelliklerle korelasyonu, üç boyutlu ortamda atomların kesin konumlarını belirlemenin zorluğu nedeniyle malzeme bilimi ve yoğun madde fiziğinin önemli bir ilgi alanıdır. yapılar1,2,3,4., Eski bir gizem, 5. Bu amaçla 2 boyutlu sistemler tüm atomların doğrudan görüntülenmesini sağlayarak gizemin anlaşılmasını sağlar 6,7.Lazer biriktirmeyle büyütülen amorf tek karbon tabakasının (AMC) doğrudan görüntülenmesi, atomik konfigürasyon problemini çözerek, rastgele ağ teorisine dayanan camsı katılardaki kristalitlerin modern görüşünü destekler.Ancak atomik ölçekteki yapı ile makroskobik özellikler arasındaki nedensel ilişki belirsizliğini koruyor.Burada büyüme sıcaklığını değiştirerek AMC ince filmlerinde DOD ve iletkenliğin kolay ayarlanmasını rapor ediyoruz.Özellikle, piroliz eşik sıcaklığı, değişken aralıktaki orta dereceli sıçramalara (MRO) sahip iletken AMC'lerin yetiştirilmesi için anahtardır; sıcaklığın 25°C yükseltilmesi ise AMC'lerin MRO'yu kaybetmesine ve elektriksel olarak yalıtkan hale gelmesine ve tabakanın direncinin artmasına neden olur. 109 kez malzeme.Sürekli rastgele ağlara gömülü yüksek oranda bozulmuş nanokristalitlerin görselleştirilmesine ek olarak, atomik çözünürlüklü elektron mikroskobu, DOD'un kapsamlı bir açıklaması için önerilen iki sıra parametresi olan MRO'nun varlığını/yokluğunu ve sıcaklığa bağlı nanokristalit yoğunluğunu ortaya çıkardı.Sayısal hesaplamalar, mikro yapıyı elektriksel özelliklerle doğrudan ilişkilendiren bu iki parametrenin bir fonksiyonu olarak iletkenlik haritasını oluşturdu.Çalışmamız, amorf malzemelerin yapısı ve özellikleri arasındaki ilişkinin temel düzeyde anlaşılmasına yönelik önemli bir adımı temsil ediyor ve iki boyutlu amorf malzemeler kullanan elektronik cihazların önünü açıyor.
Bu çalışmada oluşturulan ve/veya analiz edilen tüm ilgili veriler, makul talep üzerine ilgili yazarlardan temin edilebilir.
Kod GitHub'da mevcuttur (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM ve Ma, E. Metalik camlarda atomik paketleme ve kısa ve orta dereceli.Doğa 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, Fiziksel Metalurjide, 5. baskı.(ed. Laughlin, DE ve Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ ve ark.Sürekli sertleşen karbon tek katmanının uygulanması.Bilim.Genişletilmiş 3, e1601821 (2017).
Toh, KT ve ark.Kendi kendini destekleyen amorf karbon tek tabakasının sentezi ve özellikleri.Doğa 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (eds.) Malzeme Biliminde Kristalografi: Yapı-Özellik İlişkilerinden Mühendisliğe (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. ve ark.Amorf katıların üç boyutlu atom yapısını belirler.Doğa 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. ve Meyer JK Grafendeki nokta kusurlarından iki boyutlu amorf karbona.fizik.Rahip Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. ve Meyer JK Düzenden düzensizliğe giden yol - grafenden 2D karbon camına atom atom.Bilim.Ev 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.ve ark.2 boyutlu silika camında atomik yeniden düzenlemenin görselleştirilmesi: silika jel dansını izleyin.Bilim 342, 224–227 (2013).
Lee H. ve diğerleri.Bakır folyo üzerinde yüksek kaliteli ve düzgün geniş alanlı grafen filmlerin sentezi.Bilim 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. ve ark.Kimyasal buhar biriktirme yoluyla rastgele alt tabakalar üzerinde düşük katmanlı, geniş alanlı grafen filmler oluşturun.Nanolet.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. ve Solanki R. Grafen ince filmlerinin kimyasal buharla biriktirilmesi.Nanoteknoloji 21, 145604 (2010).
Kai, J. ve diğerleri.Artan atomik hassasiyetle grafen nanoşeritlerin imalatı.Doğa 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. ve ark.Doğrudan metal oksitlerin yüzeyinde atomik hassasiyete sahip grafen nanoşeritlerin rasyonel sentezi.Bilim 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Grafen nanoşeritlerin elektronik özelliklerinin hesaplanmasına yönelik kılavuzlar.depolama kimyası.depolama tankı.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. ve diğerleri.Katı grafen filmlerin benzenden atmosferik basınçta kimyasal buhar biriktirme yoluyla düşük sıcaklıkta büyümesi.Bilim.Ev 5, 17955 (2015).
Choi, JH ve ark.Artan London dispersiyon kuvveti nedeniyle bakır üzerindeki grafenin büyüme sıcaklığında önemli azalma.Bilim.Ev 3, 1925 (2013).
Wu, T. ve ark.Tohum Tohumları Olarak Halojenlerin Tanıtılmasıyla Düşük Sıcaklıkta Sentezlenen Sürekli Grafen Filmleri.Nanoölçek 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF ve ark.Farklı BN yönelimlerine sahip ilk B2N2-perilenler.Angie.Kimyasal.dahili Ed.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. ve Dresselhaus, MS Grafende Raman spektroskopisi.fizik.Temsilci 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Bragg Zirvelerinin Altında: Karmaşık Malzemelerin Yapısal Analizi (Elsevier, 2003).
Xu, Z. ve diğerleri.Yerinde TEM, elektriksel iletkenliği, kimyasal özellikleri ve grafen oksitten grafene bağ değişikliklerini gösterir.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Hacimsel metalik camlar.gidilen okul.Bilim.proje.R Temsilcisi 44, 45–89 (2004).
Mott NF ve Davis EA Amorf Malzemelerde Elektronik Süreçler (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. ve Kern K. Kimyasal olarak türetilmiş grafen tek katmanlarda iletim mekanizmaları.Nanolet.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Düzensiz sistemlerde atlamalı iletim.fizik.Ed.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Amorf grafenin gerçekçi bir modelinin elektronik yapısı.fizik.State Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Amorf grafitin ilk başlangıç ​​modellemesi.fizik.Rahip Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Amorf Malzemelerde İletkenlik NF.3. Sahte aralıktaki ve iletim ve değerlik bantlarının uçlarına yakın lokalize durumlar.filozof.mag.19, 835–852 (1969).
Tuan DV ve ark.Amorf grafen filmlerin yalıtım özellikleri.fizik.Revizyon B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF ve Drabold, DA Amorf bir grafen tabakasında Pentagonal kıvrımlar.fizik.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. ve diğerleri.Grafen kaburgalarla desenlenmiş iki boyutlu altıgen bor nitrürün heteroepitaksiyel büyümesi.Bilim 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. ve Tokura Y. Metal izolatör geçişi.Rahip Modu.fizik.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. ve ark.Faz geçişli kristal malzemelerde bozukluğun lokalizasyonu.Ulusal mezun olunan okul.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL ve diğerleri.Karanlık bir alanda halka elektron mikroskobu kullanılarak atom atom yapısal ve kimyasal analiz.Doğa 464, 571–574 (2010).
Kress, G. ve Furtmüller, J. Düzlem dalga temel kümelerini kullanarak başlangıçtan itibaren toplam enerji hesaplaması için verimli yinelemeli şema.fizik.Ed.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. ve Joubert, D. Ultra yumuşak sözde potansiyellerden projektör amplifikasyonu ile dalga yöntemlerine.fizik.Ed.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C. ve Ernzerhof, M. Genelleştirilmiş gradyan yaklaşımları daha basit hale getirildi.fizik.Rahip Wright.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. ve Krieg H. 94 elementli H-Pu'nun yoğunluk fonksiyonel varyans düzeltmesinin (DFT-D) tutarlı ve doğru başlangıç ​​parametrelendirmesi.J. Kimya.fizik.132, 154104 (2010).
Bu çalışma Çin Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (U1932153, 51872285, 11974) tarafından desteklenmiştir. 001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Pekin Doğa Bilimleri Vakfı (2192022, Z190011), Pekin Seçkin Genç Bilim İnsanı Programı (BJJWZYJH01201914430039), Guangdong Eyaleti Kilit Bölge Araştırma ve Geliştirme Programı (2019B010934001), Çin Bilimler Akademisi Stratejik Pilot Programı, Hibe No. XDB33000000 ve Çin Bilimler Akademisi Önemli bilimsel araştırmaların Sınır Planı (QYZDB-SSW-JSC019).JC, destekleri için Çin Pekin Doğa Bilimleri Vakfı'na (JQ22001) teşekkür eder.LW, destekleri için Çin Bilimler Akademisi Gençlik Yeniliklerini Teşvik Derneği'ne (2020009) teşekkür eder.Çalışmanın bir kısmı, Anhui Eyaleti Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı'nın desteğiyle Çin Bilimler Akademisi Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı'nın kararlı güçlü manyetik alan cihazında gerçekleştirildi.Bilgi işlem kaynakları Pekin Üniversitesi süper bilgi işlem platformu, Şangay süper bilgi işlem merkezi ve Tianhe-1A süper bilgisayarı tarafından sağlanmaktadır.
Destekleyenler: 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 ve Lei Liu
Fizik Okulu, Vakum Fiziği Anahtar Laboratuvarı, Çin Bilimler Akademisi Üniversitesi, Pekin, Çin
Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, Singapur Ulusal Üniversitesi, Singapur, Singapur
Pekin Ulusal Moleküler Bilimler Laboratuvarı, Kimya ve Moleküler Mühendislik Okulu, Pekin Üniversitesi, Pekin, Çin
Pekin Ulusal Yoğun Madde Fiziği Laboratuvarı, Fizik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi, Pekin, Çin