Kiitos vierailustasi Nature.comissa.Käytät selainversiota, jossa on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan Yhteensopivuustila käytöstä Internet Explorerissa).Lisäksi jatkuvan tuen varmistamiseksi näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Atomikonfiguraatioiden korrelaatio, erityisesti amorfisten kiinteiden aineiden epäjärjestysaste (DOD) ominaisuuksien kanssa, on tärkeä kiinnostuksen kohde materiaalitieteessä ja kondensoituneen aineen fysiikassa, koska atomien tarkkaa sijaintia on vaikea määrittää kolmiulotteisessa tilassa. rakenteet1,2,3,4., Vanha mysteeri, 5. Tätä tarkoitusta varten 2D-järjestelmät tarjoavat käsityksen mysteeristä sallimalla kaikkien atomien suoran näyttämisen 6,7.Laserpinnoituksella kasvatetun hiilen amorfisen yksikerroksisen kerroksen (AMC) suora kuvantaminen ratkaisee atomikokoonpanon ongelman ja tukee modernia näkemystä lasimaisissa kiinteissä aineissa olevista kristalliiteista, joka perustuu satunnaisverkkoteoriaan8.Syy-yhteys atomimittakaavarakenteen ja makroskooppisten ominaisuuksien välillä on kuitenkin edelleen epäselvä.Tässä raportoimme helpon DOD:n ja johtavuuden virityksen AMC-ohutkalvoissa muuttamalla kasvulämpötilaa.Erityisesti pyrolyysin kynnyslämpötila on avainasemassa kasvatettaessa johtavia AMC:itä, joissa on vaihteleva alue keskimääräisiä hyppyjä (MRO), kun taas lämpötilan nostaminen 25 °C saa AMC:t menettämään MRO:n ja niistä tulee sähköisesti eristäviä, mikä lisää levyn vastusta. materiaalia 109 kertaa.Sen lisäksi, että atomiresoluutioelektronimikroskoopilla visualisoitiin jatkuviin satunnaisiin verkkoihin upotettuja erittäin vääristyneitä nanokiteitä, se paljasti MRO:n ja lämpötilasta riippuvan nanokiteiden tiheyden läsnäolon / puuttumisen, kaksi järjestysparametria, joita ehdotettiin DOD:n kattavaan kuvaukseen.Numeeriset laskelmat vahvistivat johtavuuskartan näiden kahden parametrin funktiona, mikä liitti mikrorakenteen suoraan sähköisiin ominaisuuksiin.Työmme on tärkeä askel kohti amorfisten materiaalien rakenteen ja ominaisuuksien välisen suhteen ymmärtämistä perustasolla ja tasoittaa tietä elektronisille laitteille, jotka käyttävät kaksiulotteisia amorfisia materiaaleja.
Kaikki tässä tutkimuksessa tuotetut ja/tai analysoidut olennaiset tiedot ovat saatavilla vastaavilta kirjoittajilta kohtuullisesta pyynnöstä.
Koodi on saatavilla GitHubista (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM ja Ma, E. Atomic pakkaus ja lyhyt ja keskikokoinen tilaus metallilaseissa.Nature 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, in Physical Metallurgy, 5th ed.(toim. Laughlin, DE ja Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ et ai.Jatkuvasti kovettuvan hiilimonokerroksen toteutus.Tiede.Laajennettu 3, e1601821 (2017).
Toh, KT et ai.Amorfisen hiilen itsekantavan yksikerroksen synteesi ja ominaisuudet.Nature 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (toim.) Crystallography in Materials Science: From Structure-Property Relationships to Engineering (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. et ai.Määritä amorfisten kiinteiden aineiden kolmiulotteinen atomirakenne.Nature 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. ja Meyer JK Grafeenin pistevioista kaksiulotteiseen amorfiseen hiileen.fysiikka.Pastori Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. ja Meyer JK Polku järjestyksestä epäjärjestykseen – atomi atomilta grafeenista 2D-hiililasiin.Tiede.House 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.et ai.Atomien uudelleenjärjestelyjen visualisointi 2D-silikalasissa: katso silikageelitanssia.Science 342, 224–227 (2013).
Lee H. et ai.Korkealaatuisten ja yhtenäisten laaja-alaisten grafeenikalvojen synteesi kuparifoliolla.Science 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. et ai.Luo matalakerroksisia, laaja-alaisia ​​grafeenikalvoja mielivaltaisille alustoille kemiallisen höyrypinnoituksen avulla.Nanolet.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. ja Solanki R. Grafeeniohutkalvojen kemiallinen höyrypinnoitus.Nanotechnology 21, 145604 (2010).
Kai, J. et ai.Grafeenin nanonauhojen valmistus nousevalla atomitarkkuudella.Nature 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. et ai.Grafeenin atomitarkkuuden rationaalinen synteesi suoraan metallioksidien pinnalle.Science 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Ohjeet grafeeninanonauhan elektronisten ominaisuuksien laskemiseen.varastointikemia.varastosäiliö.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. et ai.Kiinteiden grafeenikalvojen matalan lämpötilan kasvu bentseenistä ilmakehän paineen kemiallisen höyrypinnoituksen avulla.Tiede.House 5, 17955 (2015).
Choi, JH et ai.Grafeenin kasvulämpötilan merkittävä lasku kuparilla parantuneen Lontoon dispersiovoiman ansiosta.Tiede.Talo 3, 1925 (2013).
Wu, T. et ai.Jatkuvat grafeenikalvot syntetisoidaan matalassa lämpötilassa ottamalla käyttöön halogeeneja siemeninä.Nanoscale 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF et ai.Alkuperäiset B2N2-peryleenit eri BN-orientaatioilla.Angie.Kemiallinen.sisäinen Ed.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. ja Dresselhaus, MS Raman-spektroskopia grafeenissa.fysiikka.Edustaja 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Beeath the Bragg Peaks: Monimutkaisten materiaalien rakenneanalyysi (Elsevier, 2003).
Xu, Z. et ai.In situ TEM näyttää sähkönjohtavuuden, kemialliset ominaisuudet ja sidosmuutokset grafeenioksidista grafeeniin.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Volumetriset metallilasit.alma mater.Tiede.hanke.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Mott NF ja Davis EA Electronic Processes in Amorphous Materials (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. ja Kern K. Johtomekanismit kemiallisesti derivatisoiduissa grafeenin yksikerroksisissa kerroksissa.Nanolet.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS. Hyppyjohtuvuus häiriintyneissä järjestelmissä.fysiikka.Ed.B 4, 2612-2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Amorfisen grafeenin realistisen mallin elektroninen rakenne.fysiikka.State Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab initio modeling of amorphous graphite.fysiikka.Pastori Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Johtavuus amorfisissa materiaaleissa NF.3. Paikalliset tilat pseudogapissa ja lähellä johtumis- ja valenssivyöhykkeiden päitä.filosofi.mag.19, 835-852 (1969).
Tuan DV et ai.Amorfisten grafeenikalvojen eristysominaisuudet.fysiikka.Revisio B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF ja Drabold, DA Pentagonal taittuu amorfisen grafeenin arkissa.fysiikka.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. et ai.Kaksiulotteisen kuusikulmaisen boorinitridin heteroepitaksiaalinen kasvu, joka on kuvioitu grafeeniripoilla.Science 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. ja Tokura Y. Metalli-eriste siirtyminen.Priest Mod.fysiikka.70, 1039-1263 (1998).
Siegrist T. et ai.Häiriön lokalisointi kiteisissä materiaaleissa, joissa on faasimuutos.Kansallinen alma mater.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL et ai.Atomi atomilta rakenne- ja kemiallinen analyysi rengaselektronimikroskoopilla pimeässä kentässä.Nature 464, 571–574 (2010).
Kress, G. ja Furtmüller, J. Tehokas iteratiivinen järjestelmä kokonaisenergian ab initio laskemiseen käyttäen tasoaaltoperusjoukkoja.fysiikka.Ed.B 54, 11169-11186 (1996).
Kress, G. ja Joubert, D. Ultrapehmeistä pseudopotentiaalista aaltomenetelmiin projektorin vahvistuksella.fysiikka.Ed.B 59, 1758-1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C. ja Ernzerhof, M. Yleistetyt gradienttilikiarvot yksinkertaistettuja.fysiikka.Pastori Wright.77, 3865-3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. ja Krieg H. 94-elementin H-Pu:n tiheysfunktionaalisen varianssikorjauksen (DFT-D) johdonmukainen ja tarkka alkuparametrisointi.J. Chemistry.fysiikka.132, 154104 (2010).
Tätä työtä ovat tukeneet Kiinan kansallinen tutkimus- ja kehitysohjelma (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), Kiinan kansallinen luonnontieteellinen säätiö 9, 31 9 21, 21, 21, 2018 001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Beijing Natural Science Foundation (2192022, Z190011), Beijing Distinguished Young Scientist -ohjelma (BJJWZYJH01201914430039), Guangdongin maakunnan avainalueen tutkimus- ja kehitysohjelma (2019B010934001), Grante Academy of Sciences, 3 Strateg 0DB0 Tieteet Tieteellisen tutkimuksen rajasuunnitelma (QYZDB-SSW-JSC019).JC kiittää Kiinan Beijing Natural Science Foundationia (JQ22001) heidän tuestaan.LW kiittää Kiinan tiedeakatemian nuorisoinnovaatioiden edistämisyhdistystä (2020009) heidän tuestaan.Osa työstä tehtiin Kiinan tiedeakatemian korkean magneettikentän laboratorion vakaassa vahvan magneettikentän laitteessa Anhuin maakunnan korkean magneettikentän laboratorion tuella.Laskentaresurssit tarjoavat Pekingin yliopiston supertietokonealusta, Shanghain superlaskentakeskus ja Tianhe-1A-supertietokone.
Kaikki muut toimittajat: 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 ja Lei Liu
Fysiikan laitos, tyhjiöfysiikan avainlaboratorio, Kiinan tiedeakatemian yliopisto, Peking, Kiina
Materiaalitieteen ja tekniikan laitos, Singaporen kansallinen yliopisto, Singapore, Singapore
Pekingin kansallinen molekyylitieteiden laboratorio, kemian ja molekyylitekniikan korkeakoulu, Pekingin yliopisto, Peking, Kiina
Pekingin kansallinen kondensoituneen aineen fysiikan laboratorio, Fysiikan instituutti, Kiinan tiedeakatemia, Peking, Kiina