Tak fordi du besøgte Nature.com.Du bruger en browserversion med begrænset CSS-understøttelse.For den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller deaktiverer kompatibilitetstilstand i Internet Explorer).For at sikre løbende support viser vi desuden siden uden styles og JavaScript.
Korrelationen af ​​atomare konfigurationer, især graden af ​​uorden (DOD) af amorfe faste stoffer med egenskaber, er et vigtigt område af interesse inden for materialevidenskab og kondenseret stoffysik på grund af vanskeligheden med at bestemme atomernes nøjagtige positioner i tredimensional strukturer1,2,3,4., Et gammelt mysterium, 5. Til dette formål giver 2D-systemer indsigt i mysteriet ved at tillade, at alle atomer vises direkte 6,7.Direkte billeddannelse af et amorft monolag af kulstof (AMC) dyrket ved laseraflejring løser problemet med atomkonfiguration og understøtter det moderne syn på krystallitter i glasagtige faste stoffer baseret på tilfældig netværksteori8.Imidlertid forbliver årsagssammenhængen mellem struktur i atomær skala og makroskopiske egenskaber uklar.Her rapporterer vi let tuning af DOD og ledningsevne i AMC tynde film ved at ændre væksttemperaturen.Især er pyrolysetærskeltemperaturen nøglen til dyrkning af ledende AMC'er med et variabelt område af mellemordensspring (MRO), mens en hævning af temperaturen med 25 °C får AMC'erne til at miste MRO og blive elektrisk isolerende, hvilket øger arkets modstand materiale i 109 gange.Ud over at visualisere stærkt forvrængede nanokrystallitter indlejret i kontinuerlige tilfældige netværk, afslørede atomopløsningselektronmikroskopi tilstedeværelsen/fraværet af MRO og temperaturafhængig nanokrystallitdensitet, to ordensparametre foreslået til en omfattende beskrivelse af DOD.Numeriske beregninger etablerede ledningsevnekortet som en funktion af disse to parametre, der direkte relaterer mikrostrukturen til de elektriske egenskaber.Vores arbejde repræsenterer et vigtigt skridt i retning af at forstå forholdet mellem strukturen og egenskaberne af amorfe materialer på et grundlæggende niveau og baner vejen for elektroniske enheder, der anvender todimensionelle amorfe materialer.
Alle relevante data genereret og/eller analyseret i denne undersøgelse er tilgængelige fra de respektive forfattere efter rimelig anmodning.
Koden er tilgængelig på GitHub (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM og Ma, E. Atompakning og kort og mellemlang rækkefølge i metalliske glas.Nature 439, 419-425 (2006).
Greer, AL, i fysisk metallurgi, 5. udg.(red. Laughlin, DE og Hono, K.) 305-385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ et al.Implementering af et kontinuerligt hærdende carbon monolag.videnskaben.Udvidet 3, e1601821 (2017).
Toh, KT et al.Syntese og egenskaber af et selvbærende monolag af amorft kulstof.Nature 577, 199-203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (red.) Crystallography in Materials Science: From Structure-Property Relationships to Engineering (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. et al.Bestem den tredimensionelle atomstruktur af amorfe faste stoffer.Nature 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. og Meyer JK Fra punktdefekter i grafen til todimensionelt amorft kulstof.fysik.Pastor Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. og Meyer JK Vejen fra orden til uorden - atom for atom fra grafen til 2D kulstofglas.videnskaben.Hus 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.et al.Visualisering af atomarrangering i 2D silicaglas: se silicagel danse.Science 342, 224-227 (2013).
Lee H. et al.Syntese af højkvalitets og ensartede grafenfilm med stort område på kobberfolie.Science 324, 1312-1314 (2009).
Reina, A. et al.Skab lav-lags-grafenfilm med stort område på vilkårlige substrater ved kemisk dampaflejring.Nanolet.9, 30-35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. og Solanki R. Kemisk dampaflejring af grafen tynde film.Nanotechnology 21, 145604 (2010).
Kai, J. et al.Fremstilling af grafen nanobånd ved stigende atompræcision.Nature 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. et al.Rationel syntese af grafen nanobånd af atomær præcision direkte på overfladen af ​​metaloxider.Science 369, 571-575 (2020).
Yaziev OV Retningslinjer for beregning af de elektroniske egenskaber af grafen nanobånd.opbevaringskemi.opbevaringstank.46, 2319-2328 (2013).
Jang, J. et al.Lavtemperaturvækst af faste grafenfilm fra benzen ved kemisk dampaflejring ved atmosfærisk tryk.videnskaben.Hus 5, 17955 (2015).
Choi, JH et al.Betydelig reduktion i væksttemperaturen for grafen på kobber på grund af øget London-spredningskraft.videnskaben.Hus 3, 1925 (2013).
Wu, T. et al.Kontinuerlige grafenfilm syntetiseret ved lav temperatur ved at introducere halogener som frø af frø.Nanoskala 5, 5456-5461 (2013).
Zhang, PF et al.Initial B2N2-perylener med forskellige BN-orienteringer.Angie.Kemisk.intern udg.60, 23313-23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. og Dresselhaus, MS Raman-spektroskopi i grafen.fysik.Repræsentant 473, 51-87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Beneath the Bragg Peaks: Structural Analysis of Complex Materials (Elsevier, 2003).
Xu, Z. et al.In situ TEM viser elektrisk ledningsevne, kemiske egenskaber og bindingsændringer fra grafenoxid til grafen.ACS Nano 5, 4401-4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Volumetriske metalliske glas.Alma Mater.videnskaben.projekt.R Rep. 44, 45-89 (2004).
Mott NF og Davis EA elektroniske processer i amorfe materialer (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. og Kern K. Ledningsmekanismer i kemisk derivatiserede grafenmonolag.Nanolet.9, 1787-1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Hoppeledning i uordnede systemer.fysik.Ed.B 4, 2612-2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Elektronisk struktur af en realistisk model af amorf grafen.fysik.State Solidi B 247, 1197-1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab initio modellering af amorf grafit.fysik.Pastor Wright.128, 236402 (2022).
Mott, ledningsevne i amorfe materialer NF.3. Lokaliserede tilstande i pseudogap og nær enderne af lednings- og valensbåndene.filosof.mag.19, 835-852 (1969).
Tuan DV et al.Isolerende egenskaber af amorfe grafenfilm.fysik.Revision B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF og Drabold, DA Pentagonale folder i et ark af amorf grafen.fysik.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. et al.Heteroepitaxial vækst af todimensional sekskantet bornitrid mønstret med grafenribber.Science 343, 163-167 (2014).
Imada I., Fujimori A. og Tokura Y. Metal-isolator overgang.Præst Mod.fysik.70, 1039-1263 (1998).
Siegrist T. et al.Lokalisering af uorden i krystallinske materialer med en faseovergang.National alma mater.10, 202-208 (2011).
Krivanek, OL et al.Atom-for-atom strukturel og kemisk analyse ved hjælp af ringelektronmikroskopi i et mørkt felt.Nature 464, 571-574 (2010).
Kress, G. og Furtmüller, J. Effektivt iterativt skema til ab initio total energiberegning ved hjælp af plane bølgebasissæt.fysik.Ed.B 54, 11169-11186 (1996).
Kress, G. og Joubert, D. Fra ultrabløde pseudopotentialer til bølgemetoder med projektorforstærkning.fysik.Ed.B 59, 1758-1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C., og Ernzerhof, M. Generaliserede gradientapproksimationer gjort enklere.fysik.Pastor Wright.77, 3865-3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. og Krieg H. Konsekvent og nøjagtig indledende parameterisering af tæthedsfunktionel varianskorrektion (DFT-D) af 94-element H-Pu.J. Chemistry.fysik.132, 154104 (2010).
Dette arbejde blev støttet af Kinas National Key R&D Program (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300 fra Kinas National Natural Science Foundation, 5U129 74001, 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), Chinese Academy of Sciences Grant300000 Strategic Pilot og China Academy of Sciences3 Strategic Pilot No.00. Grænseplan for nøglevidenskabelig forskning (QYZDB-SSW-JSC019).JC takker Beijing Natural Science Foundation of China (JQ22001) for deres støtte.LW takker Association for Promoting Youth Innovation of the Chinese Academy of Sciences (2020009) for deres støtte.En del af arbejdet blev udført i den stabile, stærke magnetiske feltenhed i High Magnetic Field Laboratory ved det kinesiske videnskabsakademi med støtte fra Anhui-provinsen High Magnetic Field Laboratory.Computerressourcer leveres af Peking University supercomputing platform, Shanghai supercomputing center og Tianhe-1A supercomputer.
Dine åbningstider: 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 og Lei Liu
School of Physics, Vacuum Physics Key Laboratory, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, Kina
Institut for Materialevidenskab og Engineering, National University of Singapore, Singapore, Singapore
Beijing National Laboratory of Molecular Sciences, School of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing, Kina
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, Kina