Köszönjük, hogy meglátogatta a Nature.com oldalt.Olyan böngészőverziót használ, amely korlátozott CSS-támogatással rendelkezik.A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy használjon frissített böngészőt (vagy tiltsa le a kompatibilitási módot az Internet Explorerben).Ezenkívül a folyamatos támogatás érdekében stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg az oldalt.
Az atomi konfigurációk korrelációja, különösen az amorf szilárd anyagok rendezetlenségi foka (DOD) a tulajdonságokkal, fontos érdeklődési terület az anyagtudományban és a kondenzált anyag fizikában, mivel nehéz meghatározni az atomok pontos helyzetét háromdimenziós alakban. szerkezetek1,2,3,4., Egy régi rejtély, 5. Ebből a célból a 2D rendszerek betekintést nyújtanak a rejtélybe azáltal, hogy lehetővé teszik az összes atom közvetlen megjelenítését 6,7.A lézeres leválasztással előállított amorf egyrétegű szén (AMC) közvetlen képalkotása megoldja az atomi konfiguráció problémáját, alátámasztva az üveges szilárd anyagokban lévő kristályok véletlenszerű hálózatelméleten alapuló modern nézetét8.Az ok-okozati összefüggés azonban az atomi léptékszerkezet és a makroszkopikus tulajdonságok között továbbra is tisztázatlan.Itt beszámolunk a DOD és a vezetőképesség egyszerű hangolásáról AMC vékonyrétegekben a növekedési hőmérséklet megváltoztatásával.Különösen a pirolízis küszöbhőmérséklete kulcsfontosságú a vezetőképes AMC-k termesztéséhez változó közepes sorrendű ugrási tartományban (MRO), míg a hőmérséklet 25 °C-os emelése az AMC-k elvesztését okozza az MRO-ban és elektromosan szigetelővé válik, növelve a lemez ellenállását. anyagot 109 alkalommal.A folytonos véletlenszerű hálózatokba ágyazott, erősen torzult nanokristályok vizualizálása mellett az atomi felbontású elektronmikroszkópia feltárta az MRO és a hőmérsékletfüggő nanokristálysűrűség jelenlétét/hiányát, amelyek két sorrendi paramétert javasoltak a DOD átfogó leírásához.A numerikus számítások e két paraméter függvényében határozták meg a vezetőképesség térképet, közvetlenül kapcsolva össze a mikroszerkezetet az elektromos tulajdonságokkal.Munkánk fontos lépést jelent az amorf anyagok szerkezete és tulajdonságai közötti kapcsolat alapvető szintű megértése felé, és megnyitja az utat a kétdimenziós amorf anyagokat használó elektronikus eszközök előtt.
Az ebben a tanulmányban generált és/vagy elemzett összes releváns adat ésszerű kérésre elérhető a megfelelő szerzőktől.
A kód elérhető a GitHubon (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM és Ma, E. Atomic csomagolás és rövid és közepes rendelés fémüvegekben.Nature 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, in Physical Metallurgy, 5. kiadás.(szerk. Laughlin, DE és Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ et al.Folyamatosan keményedő szén-monoréteg megvalósítása.a tudomány.Bővített 3, e1601821 (2017).
Toh, KT et al.Önhordó amorf szénréteg szintézise és tulajdonságai.Nature 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (szerk.) Crystallography in Materials Science: From Structure-Property Relationships to Engineering (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. et al.Határozza meg az amorf szilárd anyagok háromdimenziós atomi szerkezetét!Nature 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. és Meyer JK A grafén ponthibáitól a kétdimenziós amorf szénig.fizika.Wright tiszteletes.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. és Meyer JK Az út a rendtől a rendetlenségig – atomról atomra a graféntől a 2D szénüvegig.a tudomány.4. ház, 4060 (2014).
Huang, P. Yu.et al.Atomi átrendeződés megjelenítése 2D szilikaüvegben: nézze meg a szilikagél táncát.Science 342, 224–227 (2013).
Lee H. et al.Kiváló minőségű és egyenletes nagy felületű grafén filmek szintézise rézfólián.Science 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. et al.Alacsony rétegű, nagy felületű grafén filmek létrehozása tetszőleges hordozókon vegyi gőzleválasztással.Nanolet.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. and Solanki R. Grafén vékonyrétegek kémiai gőzlerakódása.Nanotechnology 21, 145604 (2010).
Kai, J. et al.Grafén nanoszalagok gyártása növekvő atomi pontossággal.Nature 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. et al.Atompontosságú grafén nanoszalagok racionális szintézise közvetlenül fémoxidok felületén.Science 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Útmutató a grafén nanoszalagok elektronikus tulajdonságainak kiszámításához.tárolási kémia.tároló tartály.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. et al.Szilárd grafén filmek alacsony hőmérsékletű növekedése benzolból légköri nyomású kémiai gőzleválasztással.a tudomány.5. ház, 17955 (2015).
Choi, JH és mtsai.A grafén növekedési hőmérsékletének jelentős csökkenése rézen a megnövekedett londoni diszperziós erő miatt.a tudomány.3. ház, 1925 (2013).
Wu, T. et al.Alacsony hőmérsékleten szintetizált folyamatos grafén fóliák halogének bevezetésével magvakként.Nanoscale 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF és mtsai.Kezdeti B2N2-perilének különböző BN orientációkkal.Angie.Kémiai.belső szerk.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. és Dresselhaus, MS Raman spektroszkópia grafénben.fizika.képviselő 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Beeath the Bragg Peaks: Complex Materials Structural Analysis of Complex Materials (Elsevier, 2003).
Xu, Z. et al.Az in situ TEM az elektromos vezetőképességet, a kémiai tulajdonságokat és a grafén-oxidról a grafénre történő kötésváltozásokat mutatja.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Volumetrikus fémüvegek.alma Mater.a tudomány.projekt.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Mott NF és Davis EA Electronic Processes in Amorphous Materials (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. és Kern K. Vezetési mechanizmusok kémiailag derivatizált grafén monorétegekben.Nanolet.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS. Ugrálóvezetés rendezetlen rendszerekben.fizika.Szerk.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Az amorf grafén valósághű modelljének elektronikus szerkezete.fizika.State Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Az amorf grafit ab initio modellezése.fizika.Wright tiszteletes.128, 236402 (2022).
Mott, Vezetőképesség amorf anyagokban NF.3. Lokalizált állapotok a pszeudogapban és a vezetési és vegyértéksávok végei közelében.filozófus.mag.19, 835-852 (1969).
Tuan DV et al.Amorf grafén fóliák szigetelő tulajdonságai.fizika.Revision B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF és Drabold, DA Pentagonal folds in a sheet of amorphous graphene.fizika.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. et al.Grafén bordákkal mintázott kétdimenziós hatszögletű bór-nitrid heteroepitaxiális növekedése.Science 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. és Tokura Y. Fém-szigetelő átmenet.Priest Mod.fizika.70, 1039-1263 (1998).
Siegrist T. et al.A rendezetlenség lokalizációja fázisátalakulással rendelkező kristályos anyagokban.Nemzeti alma mater.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL et al.Atomról atomra szerkezeti és kémiai elemzés gyűrűs elektronmikroszkóppal, sötét mezőben.Nature 464, 571–574 (2010).
Kress, G. és Furtmüller, J. Hatékony iteratív séma ab initio összenergia-számításhoz síkhullám-báziskészletek felhasználásával.fizika.Szerk.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. és Joubert, D. Az ultralágy pszeudopotenciáloktól a hullámmódszerekig projektor erősítéssel.fizika.Szerk.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C. és Ernzerhof, M. Az általánosított gradiens közelítések egyszerűbbé váltak.fizika.Wright tiszteletes.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. és Krieg H. A 94 elemű H-Pu sűrűségfunkcionális varianciakorrekciójának (DFT-D) következetes és pontos kezdeti paraméterezése.J. Chemistry.fizika.132, 154104 (2010).
Ezt a munkát a Kínai Nemzeti Kulcsfontosságú K+F Program (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány (U11 9206300) támogatta 001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Peking Természettudományi Alapítvány (2192022, Z190011), Pekingi Kiváló Fiatal Tudós Program (BJJWZYJH01201914430039), Guangdong tartományi kulcsterület kutatási és fejlesztési programja (2019B010934001), Grante Akadémia, Kínai Tudományos Akadémia03.0DB0.0.0 Tudományok A kulcsfontosságú tudományos kutatás határterve (QYZDB-SSW-JSC019).JC köszönetet mond a Kínai Pekingi Természettudományi Alapítványnak (JQ22001) a támogatásért.LW köszönetet mond a Kínai Tudományos Akadémia Ifjúsági Innovációt Előmozdító Egyesületének (2020009) a támogatásért.A munka egy részét a Kínai Tudományos Akadémia Nagy Mágneses Terű Laboratóriumának stabil, erős mágneses terű készülékében végezték el az Anhui tartományi nagymágneses tér laboratóriumának támogatásával.A számítási erőforrásokat a Pekingi Egyetem szuperszámítógép-platformja, a Shanghai szuperszámítógép-központ és a Tianhe-1A szuperszámítógép biztosítja.
Kiadók: 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 és Lei Liu
Fizikai Iskola, Vákuumfizikai Kulcslaboratórium, Kínai Tudományos Akadémia Egyeteme, Peking, Kína
Anyagtudományi és Mérnöki Tanszék, Szingapúri Nemzeti Egyetem, Szingapúr, Szingapúr
Pekingi Nemzeti Molekuláris Tudományok Laboratóriuma, Kémiai és Molekuláris Mérnöki Iskola, Pekingi Egyetem, Peking, Kína
Pekingi Nemzeti Kondenzált Anyagfizikai Laboratórium, Fizikai Intézet, Kínai Tudományos Akadémia, Peking, Kína