Hvala, ker ste obiskali Nature.com.Uporabljate različico brskalnika z omejeno podporo za CSS.Za najboljšo izkušnjo priporočamo, da uporabite posodobljen brskalnik (ali onemogočite način združljivosti v Internet Explorerju).Poleg tega, da zagotovimo stalno podporo, spletno mesto prikažemo brez slogov in JavaScripta.
Korelacija atomskih konfiguracij, zlasti stopnje nereda (DOD) amorfnih trdnih snovi z lastnostmi, je pomembno področje zanimanja v znanosti o materialih in fiziki kondenzirane snovi zaradi težav pri določanju natančnih položajev atomov v tridimenzionalnem strukture1,2,3,4., Stara skrivnost, 5. V ta namen 2D sistemi omogočajo vpogled v skrivnost tako, da omogočajo neposreden prikaz vseh atomov 6,7.Neposredno slikanje amorfne monoplasti ogljika (AMC), vzgojene z laserskim nanašanjem, rešuje problem atomske konfiguracije in podpira sodoben pogled na kristalite v steklastih trdnih snoveh, ki temelji na teoriji naključnih omrežij8.Vendar vzročna povezava med strukturo atomske lestvice in makroskopskimi lastnostmi ostaja nejasna.Tukaj poročamo o enostavni nastavitvi DOD in prevodnosti v tankih filmih AMC s spreminjanjem temperature rasti.Zlasti temperatura praga pirolize je ključna za gojenje prevodnih AMC s spremenljivim obsegom skokov srednjega reda (MRO), medtem ko zvišanje temperature za 25 °C povzroči, da AMC izgubijo MRO in postanejo električno izolativne, s čimer se poveča odpornost plošče. material v 109-krat.Poleg vizualizacije močno popačenih nanokristalitov, vdelanih v neprekinjena naključna omrežja, je elektronska mikroskopija z atomsko ločljivostjo razkrila prisotnost/odsotnost MRO in temperaturno odvisno gostoto nanokristalitov, dva parametra reda, predlagana za celovit opis DOD.Numerični izračuni so vzpostavili karto prevodnosti kot funkcijo teh dveh parametrov, kar neposredno povezuje mikrostrukturo z električnimi lastnostmi.Naše delo predstavlja pomemben korak k razumevanju odnosa med strukturo in lastnostmi amorfnih materialov na temeljni ravni in utira pot elektronskim napravam, ki uporabljajo dvodimenzionalne amorfne materiale.
Vsi relevantni podatki, pridobljeni in/ali analizirani v tej študiji, so na razumno zahtevo na voljo pri zadevnih avtorjih.
Koda je na voljo na GitHubu (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM in Ma, E. Atomsko pakiranje ter kratko in srednje naročilo v kovinskih kozarcih.Narava 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, v Fizična metalurgija, 5. izd.(ur. Laughlin, DE in Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ et al.Izvedba kontinuirnega utrjevanja ogljikovega monosloja.znanost.Razširjeno 3, e1601821 (2017).
Toh, KT et al.Sinteza in lastnosti samonosnega monosloja amorfnega ogljika.Narava 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (ur.) Kristalografija v znanosti o materialih: od odnosov med strukturo in lastnostjo do inženirstva (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. et al.Določite tridimenzionalno atomsko strukturo amorfnih trdnih snovi.Narava 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. in Meyer JK Od točkastih defektov v grafenu do dvodimenzionalnega amorfnega ogljika.fizika.Prečastiti Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. in Meyer JK Pot od reda do nereda – atom za atomom od grafena do 2D ogljikovega stekla.znanost.Hiša 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.et al.Vizualizacija atomske preureditve v 2D kremenčevem steklu: opazujte ples silikagela.Znanost 342, 224–227 (2013).
Lee H. et al.Sinteza visokokakovostnih in enotnih velikopovršinskih grafenskih filmov na bakreni foliji.Znanost 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. et al.Ustvarite nizkoslojne grafenske filme z veliko površino na poljubnih substratih s kemičnim nanašanjem iz pare.Nanolet.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. in Solanki R. Kemično naparjevanje tankih plasti grafena.Nanotehnologija 21, 145604 (2010).
Kai, J. et al.Izdelava grafenskih nanotrakov z naraščajočo atomsko natančnostjo.Narava 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. et al.Racionalna sinteza grafenskih nanotrakov atomske natančnosti neposredno na površini kovinskih oksidov.Znanost 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Smernice za izračun elektronskih lastnosti grafenskih nanotrakov.skladiščna kemija.rezervoar za shranjevanje.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. et al.Nizkotemperaturna rast trdnih grafenskih filmov iz benzena s kemičnim naparjevanjem pri atmosferskem tlaku.znanost.Hiša 5, 17955 (2015).
Choi, JH et al.Znatno znižanje temperature rasti grafena na bakru zaradi povečane londonske disperzijske sile.znanost.Hiša 3, 1925 (2013).
Wu, T. et al.Kontinuirani grafenski filmi, sintetizirani pri nizki temperaturi z uvedbo halogenov kot semena semen.Nanoscale 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF et al.Začetni B2N2-perileni z različnimi orientacijami BN.Angie.Kemični.notranji ur.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. in Dresselhaus, MS Ramanova spektroskopija v grafenu.fizika.Representative 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Pod Braggovimi vrhovi: strukturna analiza kompleksnih materialov (Elsevier, 2003).
Xu, Z. et al.In situ TEM prikazuje električno prevodnost, kemijske lastnosti in spremembe vezi med grafenovim oksidom in grafenom.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Volumetrična kovinska očala.alma mater.znanost.projekt.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Mott NF in Davis EA Elektronski procesi v amorfnih materialih (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. in Kern K. Prevodni mehanizmi v kemično derivatiziranih monoslojih grafena.Nanolet.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Skočna prevodnost v neurejenih sistemih.fizika.Ed.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Elektronska struktura realističnega modela amorfnega grafena.fizika.State Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab initio modeliranje amorfnega grafita.fizika.Prečastiti Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Prevodnost v amorfnih materialih NF.3. Lokalizirana stanja v psevdogreži in blizu koncev prevodnega in valenčnega pasu.filozof.mag.19, 835–852 (1969).
Tuan DV et al.Izolacijske lastnosti amorfnih grafenskih filmov.fizika.Revizija B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF in Drabold, DA Peterokotne gube v listu amorfnega grafena.fizika.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. et al.Heteroepitaksialna rast dvodimenzionalnega heksagonalnega borovega nitrida z vzorci grafenskih reber.Znanost 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. in Tokura Y. Prehod kovina-izolator.Duhovnik Mod.fizika.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. et al.Lokalizacija nereda v kristalnih materialih s faznim prehodom.Nacionalna alma mater.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL et al.Strukturna in kemijska analiza atomov po atomih z uporabo obročne elektronske mikroskopije v temnem polju.Narava 464, 571–574 (2010).
Kress, G. in Furtmüller, J. Učinkovita iterativna shema za ab initio izračun skupne energije z uporabo nizov ravninskih valov.fizika.Ed.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. in Joubert, D. Od ultramehkih psevdopotencialov do valovnih metod z ojačanjem projektorja.fizika.Ed.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C. in Ernzerhof, M. Splošni gradientni približki so poenostavljeni.fizika.Prečastiti Wright.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. in Krieg H. Dosledna in natančna začetna parametrizacija korekcije funkcionalne variance gostote (DFT-D) 94-elementnega H-Pu.J. Kemija.fizika.132, 154104 (2010).
To delo so podprli Kitajski nacionalni ključni raziskovalni in razvojni program (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), Kitajska nacionalna naravoslovna fundacija (U1932153, 51872285, 1197). 4001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Beijing Natural Science Foundation (2192022, Z190011), Beijing Distinguished Young Scientist Program (BJJWZYJH01201914430039), Guangdong Provincial Key Area Research and Development Program (2019B010934001), China Academy of Sciences Strategic Pilot Program, Grant No. XDB33000000, in Kitajska Akademija znanosti Mejni načrt ključnih znanstvenih raziskav (QYZDB-SSW-JSC019).JC se zahvaljuje Pekinški naravoslovni fundaciji Kitajske (JQ22001) za njihovo podporo.LW se zahvaljuje Združenju za spodbujanje mladinskih inovacij Kitajske akademije znanosti (2020009) za njihovo podporo.Del dela je bil opravljen v napravi s stabilnim močnim magnetnim poljem Laboratorija za visoko magnetno polje Kitajske akademije znanosti s podporo Laboratorija za visoko magnetno polje province Anhui.Računalniške vire zagotavljajo superračunalniška platforma Pekinške univerze, superračunalniški center v Šanghaju in superračunalnik Tianhe-1A.
Ti avtorji so vložili enak prispevek: 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 in Lei Liu
Fakulteta za fiziko, Ključni laboratorij za vakuumsko fiziko, Univerza Kitajske akademije znanosti, Peking, Kitajska
Oddelek za znanost in inženirstvo materialov, Nacionalna univerza v Singapurju, Singapur, Singapur
Pekinški nacionalni laboratorij za molekularne znanosti, Šola za kemijo in molekularni inženiring, Pekinška univerza, Peking, Kitajska
Pekinški nacionalni laboratorij za fiziko kondenziranih snovi, Inštitut za fiziko, Kitajska akademija znanosti, Peking, Kitajska