Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com.Naudojate naršyklės versiją su ribotu CSS palaikymu.Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“).Be to, norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodome be stilių ir JavaScript.
Atominių konfigūracijų koreliacija, ypač amorfinių kietųjų medžiagų netvarkingumo laipsnis (DOD) su savybėmis, yra svarbi medžiagų mokslo ir kondensuotųjų medžiagų fizikos domėjimosi sritis, nes sunku nustatyti tikslias atomų padėtis trimatėje erdvėje. struktūros1,2,3,4., Sena paslaptis, 5. Šiuo tikslu 2D sistemos suteikia galimybę įžvelgti paslaptį, leisdamos tiesiogiai rodyti visus atomus 6,7.Tiesioginis amorfinio monosluoksnio anglies sluoksnio (AMC), išauginto lazerinio nusodinimo būdu, vaizdavimas išsprendžia atominės konfigūracijos problemą, palaikydamas šiuolaikinį kristalitų vaizdą stiklinėse kietosiose medžiagose, pagrįstą atsitiktinio tinklo teorija8.Tačiau priežastinis ryšys tarp atominės masto struktūros ir makroskopinių savybių lieka neaiškus.Čia pranešame apie lengvą DOD ir laidumo derinimą AMC plonose plėvelėse keičiant augimo temperatūrą.Visų pirma, pirolizės slenkstinė temperatūra yra labai svarbi norint auginti laidžius AMC su kintamu vidutinės eilės šuolių (MRO) diapazonu, o padidinus temperatūrą 25 °C, AMC praranda MRO ir tampa elektra izoliuojančiais, padidindami lakšto atsparumą. medžiaga per 109 kartus.Be to, kad vizualizuoti labai iškraipyti nanokristalitai, įterpti į nuolatinius atsitiktinius tinklus, atominės skiriamosios gebos elektronų mikroskopija atskleidė MRO buvimą / nebuvimą ir nuo temperatūros priklausomą nanokristalitų tankį – du eilės parametrus, pasiūlytus išsamiam DOD aprašymui.Skaitmeniniai skaičiavimai nustatė laidumo žemėlapį kaip šių dviejų parametrų funkciją, tiesiogiai susiejančią mikrostruktūrą su elektrinėmis savybėmis.Mūsų darbas yra svarbus žingsnis siekiant suprasti ryšį tarp amorfinių medžiagų struktūros ir savybių pagrindiniu lygmeniu ir atveria kelią elektroniniams prietaisams, naudojantiems dvimates amorfines medžiagas.
Visus susijusius duomenis, gautus ir (arba) išanalizuoti šiame tyrime, atitinkami autoriai gali gauti pagrįstu prašymu.
Kodą galima rasti „GitHub“ (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM ir Ma, E. Atominis pakavimas ir trumpas bei vidutinis užsakymas metaliniuose stikluose.Nature 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, Fizinės metalurgijos 5-asis leidimas.(red. Laughlin, DE ir Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ ir kt.Nepertraukiamo kietėjimo anglies monosluoksnio įgyvendinimas.Mokslas.Išplėstas 3, e1601821 (2017).
Toh, KT ir kt.Savalaikio monosluoksnio amorfinės anglies sintezė ir savybės.Nature 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (red.) Kristalografija medžiagų moksle: nuo struktūros ir nuosavybės santykių iki inžinerijos (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. ir kt.Nustatykite amorfinių kietųjų medžiagų trimatę atominę struktūrą.Nature 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. ir Meyer JK Nuo taškinių grafeno defektų iki dvimatės amorfinės anglies.fizika.Gerbiamasis Wrightas.106, 105505 (2011).
Ederis FR, Kotakoski J., Kaiser W. ir Meyer JK Kelias nuo tvarkos iki netvarkos – atomas po atomo nuo grafeno iki 2D anglies stiklo.Mokslas.4 namas, 4060 (2014).
Huangas, P. Yu.ir kt.Atominio pertvarkymo vizualizacija 2D silicio stikle: žiūrėkite silikagelio šokį.Mokslas 342, 224–227 (2013).
Lee H. ir kt.Kokybiškų ir vienodų didelio ploto grafeno plėvelių sintezė ant varinės folijos.Mokslas 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. ir kt.Sukurkite žemo sluoksnio, didelio ploto grafeno plėveles ant savavališkų substratų cheminiu garų nusodinimu.Nanoletas.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. ir Solanki R. Cheminis grafeno plonų plėvelių nusodinimas garais.Nanotechnology 21, 145604 (2010).
Kai, J. ir kt.Grafeno nanojuostelių gamyba didėjančiu atominiu tikslumu.Nature 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. ir kt.Racionali atominio tikslumo grafeno nanojuostolių sintezė tiesiai ant metalo oksidų paviršiaus.Mokslas 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Grafeno nanojuostelių elektroninių savybių skaičiavimo gairės.saugojimo chemija.saugojimo bakas.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. ir kt.Kietų grafeno plėvelių augimas žemoje temperatūroje iš benzeno atmosferos slėgio cheminio garų nusodinimo būdu.Mokslas.5 namas, 17955 (2015).
Choi, JH ir kt.Dėl padidintos Londono dispersijos jėgos žymiai sumažėjo grafeno augimo temperatūra ant vario.Mokslas.3 namas, 1925 (2013).
Wu, T. ir kt.Nepertraukiamos grafeno plėvelės, susintetintos žemoje temperatūroje, įvedant halogenus kaip sėklų sėklas.Nanoscale 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF ir kt.Pradiniai B2N2-perilenai su skirtingomis BN orientacijomis.Angie.Cheminis.vidinis red.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. ir Dresselhaus, MS Ramano spektroskopija grafene.fizika.Atstovas 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Po Bragg viršūnėmis: sudėtingų medžiagų struktūrinė analizė (Elsevier, 2003).
Xu, Z. ir kt.In situ TEM rodo elektrinį laidumą, chemines savybes ir ryšio pokyčius nuo grafeno oksido iki grafeno.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Tūriniai metaliniai stiklai.Alma Mater.Mokslas.projektą.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Mott NF ir Davis EA elektroniniai procesai amorfinėse medžiagose (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. ir Kern K. Laidumo mechanizmai chemiškai derivatizuotuose grafeno monosluoksniuose.Nanoletas.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS. Šokinėjimo laidumas netvarkingose ​​sistemose.fizika.Red.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Realistinio amorfinio grafeno modelio elektroninė struktūra.fizika.State Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab initio modeling of amorphous graphite.fizika.Gerbiamasis Wrightas.128, 236402 (2022).
Mott, Amorfinių medžiagų laidumas NF.3. Lokalizuotos būsenos pseudogap ir šalia laidumo ir valentingumo juostų galų.filosofas.mag.19, 835–852 (1969).
Tuanas DV ir kt.Amorfinių grafeno plėvelių izoliacinės savybės.fizika.Revision B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF ir Drabold, DA Pentagonal raukšlės amorfinio grafeno lape.fizika.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. ir kt.Heteroepitaksinis dvimačio šešiakampio boro nitrido augimas su grafeno briaunomis.Mokslas 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. ir Tokura Y. Metalo-izoliatoriaus perėjimas.Kunigas Mod.fizika.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. ir kt.Sutrikimų lokalizavimas kristalinėse medžiagose su faziniu perėjimu.Nacionalinė alma mater.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL ir kt.Struktūrinė ir cheminė analizė po atomo, naudojant žiedo elektronų mikroskopiją tamsiame lauke.Nature 464, 571–574 (2010).
Kress, G. ir Furtmüller, J. Efektyvi iteracinė schema ab initio suminės energijos skaičiavimui naudojant plokštumos bangų bazinius rinkinius.fizika.Red.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. ir Joubert, D. Nuo ultrasoft pseudopotencialų iki bangų metodų su projektoriaus stiprinimu.fizika.Red.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C. ir Ernzerhof, M. Apibendrintos gradiento aproksimacijos tapo paprastesnės.fizika.Gerbiamasis Wrightas.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. ir Krieg H. Nuoseklus ir tikslus pradinis 94 elementų H-Pu tankio funkcinės dispersijos korekcijos (DFT-D) parametrizavimas.J. Chemija.fizika.132, 154104 (2010).
Šį darbą rėmė Kinijos nacionalinė pagrindinių mokslinių tyrimų ir plėtros programa (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas (U11 9206300). 001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Pekino gamtos mokslų fondas (2192022, Z190011), Pekino išskirtinio jaunųjų mokslininkų programa (BJJWZYJH01201914430039), Guangdongo provincijos pagrindinės srities tyrimų ir plėtros programa (2019B010934001), Kinijos mokslų akademijos Grant.0.0.0 Mokslai Pagrindinių mokslinių tyrimų pasienio planas (QYZDB-SSW-JSC019).JC dėkoja Kinijos Pekino gamtos mokslų fondui (JQ22001) už paramą.LW dėkoja Kinijos mokslų akademijos jaunimo inovacijų skatinimo asociacijai (2020009) už paramą.Dalis darbų buvo atlikta Kinijos mokslų akademijos Aukšto magnetinio lauko laboratorijos stabiliame stipraus magnetinio lauko įrenginyje, remiant Anhui provincijos didelio magnetinio lauko laboratoriją.Skaičiavimo išteklius teikia Pekino universiteto superkompiuterių platforma, Šanchajaus superkompiuterių centras ir superkompiuteris Tianhe-1A.
Įvairūs garsiakalbiai: Huifeng Tian, ​​​​Yinhang Ma, Zhenjiang Li, Mouyang Cheng, Shoucong Ning.
Huifeng Tian, ​​​​Dhenjian 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 ir Lei Liu
Fizikos mokykla, Vakuuminės fizikos pagrindinė laboratorija, Kinijos mokslų akademijos universitetas, Pekinas, Kinija
Singapūro nacionalinio universiteto Medžiagų mokslo ir inžinerijos katedra, Singapūras, Singapūras
Pekino nacionalinė molekulinių mokslų laboratorija, Chemijos ir molekulinės inžinerijos mokykla, Pekino universitetas, Pekinas, Kinija
Pekino nacionalinė kondensuotųjų medžiagų fizikos laboratorija, Kinijos mokslų akademijos Fizikos institutas, Pekinas, Kinija