Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com.U gebruikt een browserversie met beperkte CSS-ondersteuning.Voor de beste ervaring raden wij u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen).Om voortdurende ondersteuning te garanderen, tonen we de site bovendien zonder stijlen en JavaScript.
De correlatie van atomaire configuraties, vooral de mate van wanorde (DOD) van amorfe vaste stoffen met eigenschappen, is een belangrijk interessegebied in de materiaalkunde en de fysica van de gecondenseerde materie vanwege de moeilijkheid om de exacte posities van atomen in driedimensionale structuren te bepalen. structuren1,2,3,4., Een oud mysterie, 5. Hiertoe geven 2D-systemen inzicht in het mysterie door alle atomen direct in beeld te laten komen 6,7.Directe beeldvorming van een amorfe monolaag van koolstof (AMC), gegroeid door laserafzetting, lost het probleem van de atomaire configuratie op en ondersteunt de moderne kijk op kristallieten in glasachtige vaste stoffen op basis van de willekeurige netwerktheorie8.Het causale verband tussen de structuur op atomaire schaal en macroscopische eigenschappen blijft echter onduidelijk.Hier rapporteren we eenvoudige afstemming van DOD en geleidbaarheid in dunne AMC-films door de groeitemperatuur te veranderen.In het bijzonder is de pyrolysedrempeltemperatuur van cruciaal belang voor het kweken van geleidende AMC's met een variabel bereik van medium order jumps (MRO), terwijl het verhogen van de temperatuur met 25°C ervoor zorgt dat de AMC's MRO verliezen en elektrisch isolerend worden, waardoor de weerstand van de plaat toeneemt. materiaal in 109 keer.Naast het visualiseren van sterk vervormde nanokristallieten ingebed in continue willekeurige netwerken, onthulde elektronenmicroscopie met atomaire resolutie de aanwezigheid/afwezigheid van MRO en temperatuurafhankelijke nanokristallietdichtheid, twee ordeparameters voorgesteld voor een uitgebreide beschrijving van DOD.Numerieke berekeningen stelden de geleidbaarheidskaart vast als een functie van deze twee parameters, waarbij de microstructuur rechtstreeks in verband werd gebracht met de elektrische eigenschappen.Ons werk vertegenwoordigt een belangrijke stap in het begrijpen van de relatie tussen de structuur en eigenschappen van amorfe materialen op een fundamenteel niveau en maakt de weg vrij voor elektronische apparaten die tweedimensionale amorfe materialen gebruiken.
Alle relevante gegevens die in dit onderzoek zijn gegenereerd en/of geanalyseerd, zijn op redelijk verzoek verkrijgbaar bij de respectieve auteurs.
De code is beschikbaar op GitHub (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM en Ma, E. Atomaire verpakking en korte en middelgrote bestelling in metalen glazen.Natuur 439, 419-425 (2006).
Greer, AL, in Physical Metallurgy, 5e druk.(red. Laughlin, DE en Hono, K.) 305-385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ et al.Implementatie van een continu uithardende koolstofmonolaag.de wetenschap.Uitgebreid 3, e1601821 (2017).
Toh, KT et al.Synthese en eigenschappen van een zelfdragende monolaag van amorfe koolstof.Natuur 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (red.) Kristallografie in de materiaalkunde: van structuur-eigenschapsrelaties tot engineering (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. et al.Bepaal de driedimensionale atomaire structuur van amorfe vaste stoffen.Natuur 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. en Meyer JK Van puntdefecten in grafeen tot tweedimensionale amorfe koolstof.natuurkunde.Eerwaarde Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. en Meyer JK Het pad van orde naar wanorde: atoom voor atoom van grafeen naar 2D-koolstofglas.de wetenschap.Huis 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.et al.Visualisatie van atomaire herschikking in 2D silicaglas: kijk hoe silicagel danst.Wetenschap 342, 224–227 (2013).
Lee H. et al.Synthese van hoogwaardige en uniforme grafeenfilms met groot oppervlak op koperfolie.Wetenschap 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. et al.Creëer laaglaagse grafeenfilms met een groot oppervlak op willekeurige substraten door chemische dampafzetting.Nanolet.9, 30-35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. en Solanki R. Chemische dampafzetting van dunne films van grafeen.Nanotechnologie 21, 145604 (2010).
Kai, J. et al.Fabricage van grafeen nanolinten door toenemende atomaire precisie.Natuur 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. et al.Rationele synthese van grafeen nanolinten met atomaire precisie direct op het oppervlak van metaaloxiden.Wetenschap 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Richtlijnen voor het berekenen van de elektronische eigenschappen van grafeen nanolinten.opslagchemie.opslagtank.46, 2319-2328 (2013).
Jang, J. et al.Groei bij lage temperatuur van vaste grafeenfilms uit benzeen door chemische dampafzetting bij atmosferische druk.de wetenschap.Huis 5, 17955 (2015).
Choi, JH et al.Aanzienlijke verlaging van de groeitemperatuur van grafeen op koper als gevolg van verbeterde Londense dispersiekracht.de wetenschap.Huis 3, 1925 (2013).
Wu, T. et al.Continue grafeenfilms gesynthetiseerd bij lage temperatuur door halogenen te introduceren als zaden van zaden.Nanoschaal 5, 5456-5461 (2013).
Zhang, PF et al.Initiële B2N2-perylenen met verschillende BN-oriëntaties.Angie.Chemisch.interne Ed.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. en Dresselhaus, MS Raman-spectroscopie in grafeen.natuurkunde.Vertegenwoordiger 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Beneath the Bragg Peaks: structurele analyse van complexe materialen (Elsevier, 2003).
Xu, Z. et al.In situ TEM toont elektrische geleidbaarheid, chemische eigenschappen en bindingsveranderingen van grafeenoxide naar grafeen.ACS Nano 5, 4401-4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Volumetrische metalen glazen.alma mater.de wetenschap.project.R Rep. 44, 45-89 (2004).
Mott NF en Davis EA Elektronische processen in amorfe materialen (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. en Kern K. Geleidingsmechanismen in chemisch gederivatiseerde grafeenmonolagen.Nanolet.9, 1787-1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Hoppende geleiding in ongeordende systemen.natuurkunde.Ed.B4, 2612-2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Elektronische structuur van een realistisch model van amorf grafeen.natuurkunde.Staat Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab initio modellering van amorf grafiet.natuurkunde.Eerwaarde Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Geleidbaarheid in amorfe materialen NF.3. Gelokaliseerde toestanden in de pseudogap en nabij de uiteinden van de geleidings- en valentiebanden.filosoof.mag.19, 835-852 (1969).
Tuan DV et al.Isolerende eigenschappen van amorfe grafeenfilms.natuurkunde.Herziening B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF en Drabold, DA Vijfhoekige vouwen in een vel amorf grafeen.natuurkunde.Staat Solidi B 248, 2082-2086 (2011).
Liu, L. et al.Heteroepitaxiale groei van tweedimensionale hexagonale boornitride met een patroon van grafeenribben.Wetenschap 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. en Tokura Y. Overgang metaal-isolator.Priester Mod.natuurkunde.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. et al.Lokalisatie van wanorde in kristallijne materialen met een faseovergang.Nationale alma mater.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL et al.Structurele en chemische analyse per atoom met behulp van ringelektronenmicroscopie in een donker veld.Natuur 464, 571-574 (2010).
Kress, G. en Furtmüller, J. Efficiënt iteratief schema voor ab initio totale energieberekening met behulp van vlakke golfbasissets.natuurkunde.Ed.B54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. en Joubert, D. Van ultrazachte pseudopotentialen tot golfmethoden met projectorversterking.natuurkunde.Ed.B59, 1758-1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C., en Ernzerhof, M. Gegeneraliseerde gradiëntbenaderingen eenvoudiger gemaakt.natuurkunde.Eerwaarde Wright.77, 3865-3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. en Krieg H. Consistente en nauwkeurige initiële parametrisering van dichtheidsfunctionele variantiecorrectie (DFT-D) van H-Pu met 94 elementen.J. Chemie.natuurkunde.132, 154104 (2010).
Dit werk werd ondersteund door het National Key R&D Program of China (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), de National Natural Science Foundation of China (U1932153, 51872285, 11974 001, 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), Strategic Pilot Program van de Chinese Academie van Wetenschappen, Grant No. XDB33000000, en China Academy of Sciences Grenzenplan voor belangrijk wetenschappelijk onderzoek (QYZDB-SSW-JSC019).JC bedankt de Beijing Natural Science Foundation of China (JQ22001) voor hun steun.LW dankt de Association for Promoting Youth Innovation van de Chinese Academie van Wetenschappen (2020009) voor hun steun.Een deel van het werk werd uitgevoerd in het stabiele, sterke magnetische veldapparaat van het High Magnetic Field Laboratory van de Chinese Academie van Wetenschappen, met de steun van het High Magnetic Field Laboratory van de provincie Anhui.Computerbronnen worden geleverd door het supercomputerplatform van de Universiteit van Peking, het supercomputercentrum van Shanghai en de supercomputer Tianhe-1A.
Andere namen zijn: 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 en Lei Liu
School of Physics, Vacuum Physics Key Laboratory, Universiteit van Chinese Academie van Wetenschappen, Beijing, China
Afdeling Materiaalwetenschappen en Techniek, Nationale Universiteit van Singapore, Singapore, Singapore
Nationaal Laboratorium voor Moleculaire Wetenschappen van Peking, School voor Scheikunde en Moleculaire Techniek, Universiteit van Peking, Peking, China
Nationaal laboratorium voor gecondenseerde materie in Peking, Instituut voor Natuurkunde, Chinese Academie van Wetenschappen, Peking, China