Grazas por visitar Nature.com.Estás a usar unha versión do navegador con soporte CSS limitado.Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que utilices un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer).Ademais, para garantir a asistencia continua, mostramos o sitio sen estilos e JavaScript.
A correlación das configuracións atómicas, especialmente o grao de desorde (DOD) dos sólidos amorfos con propiedades, é unha importante área de interese na ciencia dos materiais e na física da materia condensada debido á dificultade de determinar as posicións exactas dos átomos en tres dimensións. estruturas1,2,3,4., Un vello misterio, 5. Para iso, os sistemas 2D proporcionan unha visión do misterio ao permitir que todos os átomos se mostren directamente 6,7.A imaxe directa dunha monocapa amorfa de carbono (AMC) cultivada mediante deposición láser resolve o problema da configuración atómica, apoiando a visión moderna dos cristalitos en sólidos vítreos baseada na teoría de redes aleatorias8.Non obstante, a relación causal entre a estrutura a escala atómica e as propiedades macroscópicas segue sen estar clara.Aquí informamos dunha fácil sintonización do DOD e da condutividade en películas finas de AMC cambiando a temperatura de crecemento.En particular, a temperatura do limiar da pirólise é clave para o crecemento de AMC condutores cun rango variable de saltos de orde medio (MRO), mentres que o aumento da temperatura en 25 °C fai que os AMC perdan MRO e se volvan illantes eléctricamente, aumentando a resistencia da folla. material en 109 veces.Ademais de visualizar nanocristalitos altamente distorsionados incrustados en redes aleatorias continuas, a microscopía electrónica de resolución atómica revelou a presenza/ausencia de MRO e a densidade de nanocristalitos dependentes da temperatura, dous parámetros de orde propostos para unha descrición completa do DOD.Os cálculos numéricos estableceron o mapa de condutividade en función destes dous parámetros, relacionando directamente a microestrutura coas propiedades eléctricas.O noso traballo supón un paso importante para comprender a relación entre a estrutura e as propiedades dos materiais amorfos a un nivel fundamental e abre o camiño para dispositivos electrónicos que utilicen materiais amorfos bidimensionais.
Todos os datos relevantes xerados e/ou analizados neste estudo están dispoñibles dos respectivos autores previa solicitude razoable.
O código está dispoñible en GitHub (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM e Ma, E. Embalaxe atómica e orde curta e media en vasos metálicos.Natureza 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, en Physical Metallurgy, 5ª ed.(eds. Laughlin, DE e Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ et al.Implantación dunha monocapa de carbono de endurecemento continuo.a ciencia.Ampliado 3, e1601821 (2017).
Toh, KT et al.Síntese e propiedades dunha monocapa autoportante de carbono amorfo.Natureza 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (eds.) Crystallography in Materials Science: From Structure-Property Relationships to Engineering (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. et al.Determinar a estrutura atómica tridimensional de sólidos amorfos.Natureza 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. e Meyer JK De defectos puntuais no grafeno a carbono amorfo bidimensional.física.Reverendo Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. e Meyer JK O camiño da orde ao desorde: átomo por átomo do grafeno ao vidro de carbono 2D.a ciencia.Casa 4, 4060 (2014).
Huang, P. Yu.et al.Visualización da reordenación atómica en vidro de sílice 2D: ver baile de gel de sílice.Science 342, 224–227 (2013).
Le H. et al.Síntese de películas de grafeno de gran superficie uniformes e de alta calidade sobre folla de cobre.Science 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. et al.Crea películas de grafeno de capa baixa e gran área sobre substratos arbitrarios mediante deposición química de vapor.Nanolet.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. e Solanki R. Chemical vapor deposition of graphene thin films.Nanotecnoloxía 21, 145604 (2010).
Kai, J. et al.Fabricación de nanocintos de grafeno por precisión atómica ascendente.Natureza 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. et al.Síntese racional de nanocintos de grafeno de precisión atómica directamente sobre a superficie de óxidos metálicos.Science 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Directrices para o cálculo das propiedades electrónicas das nanocintas de grafeno.química de almacenamento.tanque de almacenamento.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. et al.Crecemento a baixa temperatura de películas sólidas de grafeno a partir de benceno por deposición química de vapor a presión atmosférica.a ciencia.Casa 5, 17955 (2015).
Choi, JH et al.Redución significativa da temperatura de crecemento do grafeno sobre o cobre debido á forza de dispersión de Londres mellorada.a ciencia.Casa 3, 1925 (2013).
Wu, T. et al.Películas continuas de grafeno sintetizadas a baixa temperatura introducindo halóxenos como sementes de sementes.Nanoescala 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF et al.B2N2-perilenos iniciais con diferentes orientacións BN.Angie.Química.Ed interna.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. e Dresselhaus, MS Espectroscopía Raman en grafeno.física.Representante 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Baixo os picos de Bragg: Análise estrutural de materiais complexos (Elsevier, 2003).
Xu, Z. et al.TEM in situ mostra a condutividade eléctrica, as propiedades químicas e os cambios de enlace do óxido de grafeno ao grafeno.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Gafas metálicas volumétricas.alma mater.a ciencia.proxecto.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Mott NF e Davis EA Procesos electrónicos en materiais amorfos (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. e Kern K. Conduction mechanisms in chemically derivatized graphene monolayers.Nanolet.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Condución de saltos en sistemas desordenados.física.Ed.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Estrutura electrónica dun modelo realista de grafeno amorfo.física.State Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Modelado ab initio de grafito amorfo.física.Reverendo Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Condutividade en materiais amorfos NF.3. Estados localizados no pseudogap e preto dos extremos das bandas de condución e valencia.filósofo.mag.19, 835–852 (1969).
Tuan DV et al.Propiedades illantes das películas de grafeno amorfo.física.Revisión B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF e Drabold, DA Pregues pentagonais nunha folla de grafeno amorfo.física.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. et al.Crecemento heteroepitaxial de nitruro de boro hexagonal bidimensional estampado con costelas de grafeno.Science 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. e Tokura Y. Transición metal-illador.Sacerdote Mod.física.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. et al.Localización de desorde en materiais cristalinos con transición de fase.alma mater nacional.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL et al.Análise estrutural e química átomo por átomo mediante microscopía electrónica en anel nun campo escuro.Natureza 464, 571–574 (2010).
Kress, G. e Furtmüller, J. Efficient iterative scheme for ab initio total energy calculation using plane wave basis sets.física.Ed.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. e Joubert, D. From ultrasoft pseudopotencials to wave methods with projector amplification.física.Ed.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C. e Ernzerhof, M. Aproximacións de gradientes xeneralizadas simplificadas.física.Reverendo Wright.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. e Krieg H. Parametrización inicial consistente e precisa da corrección da varianza funcional da densidade (DFT-D) de H-Pu de 94 elementos.J. Química.física.132, 154104 (2010).
Este traballo foi apoiado polo Programa Nacional de I+D de China (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), a Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China 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), Chinese Academy of Sciences Strategic Pilot Program, Grant Academy of Sciences of China Academy of Sciences, Grant and No. Plan fronteira de investigación científica clave (QYZDB-SSW-JSC019).JC agradece a Beijing Natural Science Foundation of China (JQ22001) polo seu apoio.LW agradece o seu apoio á Asociación para Promover a Innovación Xuvenil da Academia Chinesa de Ciencias (2020009).Parte do traballo levouse a cabo no dispositivo estable de campo magnético forte do Laboratorio de Alto Campo Magnético da Academia Chinesa de Ciencias co apoio do Laboratorio de Alto Campo Magnético da provincia de Anhui.Os recursos informáticos son proporcionados pola plataforma de supercomputación da Universidade de Pequín, o centro de supercomputación de Shanghai e o supercomputador Tianhe-1A.
Entre as súas marcas: 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 e Lei Liu
Escola de Física, Laboratorio de Claves de Física ao Baleiro, Universidade da Academia Chinesa de Ciencias, Pequín, China
Departamento de Ciencia e Enxeñaría de Materiais, Universidade Nacional de Singapur, Singapur, Singapur
Laboratorio Nacional de Ciencias Moleculares de Pequín, Escola de Química e Enxeñaría Molecular, Universidade de Pequín, Pequín, China
Laboratorio Nacional de Física da Materia Condensada de Pequín, Instituto de Física, Academia Chinesa de Ciencias, Pequín, China