תודה שביקרת ב-Nature.com.אתה משתמש בגרסת דפדפן עם תמיכת CSS מוגבלת.לקבלת החוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב תאימות ב-Internet Explorer).בנוסף, כדי להבטיח תמיכה שוטפת, אנו מציגים את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
המתאם של תצורות אטומיות, במיוחד מידת האי-סדר (DOD) של מוצקים אמורפיים עם תכונות, הוא תחום עניין חשוב במדעי החומרים ובפיזיקת החומר המעובה, בשל הקושי לקבוע את מיקומם המדויק של אטומים בתלת מימד מבנים1,2,3,4., תעלומה ישנה, ​​5. לשם כך, מערכות דו-ממדיות מספקות תובנה על התעלומה בכך שהיא מאפשרת לכל האטומים להיות מוצגים ישירות 6,7.הדמיה ישירה של מונו-שכבה אמורפית של פחמן (AMC) שגדלה על ידי שקיעת לייזר פותרת את בעיית התצורה האטומית, ותומכת בתפיסה המודרנית של גבישים במוצקים זכוכיתיים המבוססת על תיאוריית רשת אקראית8.עם זאת, הקשר הסיבתי בין מבנה בקנה מידה אטומי לבין תכונות מקרוסקופיות נותר לא ברור.כאן אנו מדווחים על כוונון קל של DOD ומוליכות בסרטים דקים של AMC על ידי שינוי טמפרטורת הצמיחה.במיוחד, טמפרטורת סף הפירוליזה היא המפתח לגידול AMCs מוליכים עם טווח משתנה של קפיצות סדר בינוני (MRO), בעוד שהעלאת הטמפרטורה ב-25 מעלות צלזיוס גורמת ל-AMCs לאבד MRO ולהפוך לבידוד חשמלי, מה שמגביר את ההתנגדות של הסדין חומר ב-109 פעמים.בנוסף להמחשה של ננו-גבישים מעוותים ביותר המשובצים ברשתות אקראיות רציפות, מיקרוסקופיה אלקטרונית ברזולוציה אטומית חשפה נוכחות/היעדר של MRO וצפיפות ננו-גבישים תלוית טמפרטורה, שני פרמטרים מסדר המוצעים לתיאור מקיף של DOD.חישובים מספריים קבעו את מפת המוליכות כפונקציה של שני פרמטרים אלה, תוך התייחסות ישירה למבנה המיקרו לתכונות החשמליות.העבודה שלנו מייצגת צעד חשוב לקראת הבנת הקשר בין המבנה והתכונות של חומרים אמורפיים ברמה בסיסית וסוללת את הדרך למכשירים אלקטרוניים המשתמשים בחומרים אמורפיים דו מימדיים.
כל הנתונים הרלוונטיים שנוצרו ו/או נותחו במחקר זה זמינים מהמחברים בהתאמה לפי בקשה סבירה.
הקוד זמין ב-GitHub (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM and Ma, E. אריזה אטומית וסדר קצר ובינוני בכוסות מתכתיות.טבע 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, במטלורגיה פיזית, מהדורה 5.(עורכים Laughlin, DE and Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ et al.יישום חד-שכבת פחמן מתקשה מתמשכת.המדע.מורחב 3, e1601821 (2017).
Toh, KT et al.סינתזה ותכונות של מונו-שכבה תומכת עצמית של פחמן אמורפי.טבע 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (עורכים) Crystallography in Materials Science: from Structure-Property Relationships to Engineering (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. et al.קבע את המבנה האטומי התלת מימדי של מוצקים אמורפיים.טבע 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. and Meyer JK מפגמים נקודתיים בגרפן לפחמן אמורפי דו מימדי.פיזיקה.הכומר רייט.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W., and Meyer JK הדרך מסדר לאי-סדר - אטום אחר אטום מגרפן לזכוכית פחמן דו-ממדית.המדע.בית 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.et al.הדמיה של סידור מחדש אטומי בזכוכית סיליקה דו מימדית: צפו בריקוד סיליקה ג'ל.מדע 342, 224–227 (2013).
לי ה' ועוד.סינתזה של סרטי גרפן איכותיים ואחידים בשטח גדול על נייר נחושת.מדע 324, 1312–1314 (2009).
ריינה, א' ועוד.צור סרטי גרפן בשכבה נמוכה בשטח גדול על מצעים שרירותיים על ידי שקיעת אדים כימית.ננולט.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. ו-Solanki R. שקיעת אדים כימית של סרטים דקים של גרפן.ננוטכנולוגיה 21, 145604 (2010).
קאי, J. et al.ייצור של ננו-סרטים של גרפן על ידי דיוק אטומי עולה.טבע 466, 470–473 (2010).
קולמר מ' ואח'.סינתזה רציונלית של ננו-סרטי גרפן של דיוק אטומי ישירות על פני השטח של תחמוצות מתכת.מדע 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV הנחיות לחישוב התכונות האלקטרוניות של ננו-סרטי גרפן.כימיה של אחסון.מיכל אחסון.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. et al.צמיחה בטמפרטורה נמוכה של סרטי גרפן מוצקים מבנזן על ידי שקיעת אדים כימית בלחץ אטמוספרי.המדע.בית 5, 17955 (2015).
Choi, JH et al.ירידה משמעותית בטמפרטורת הגידול של גרפן על נחושת עקב כוח הפיזור הלונדוני המוגבר.המדע.בית 3, 1925 (2013).
Wu, T. et al.סרטי גרפן רציפים המסונתזים בטמפרטורה נמוכה על ידי הכנסת הלוגנים כזרעים של זרעים.ננוסקאל 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF et al.B2N2-פרילנים ראשוניים עם כיווני BN שונים.אנג'י.כִּימִי.פנימי אד.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. and Dresselhaus, MS Raman ספקטרוסקופיה בגרפן.פיזיקה.נציג 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Beneath the Bragg Peaks: ניתוח מבני של חומרים מורכבים (Elsevier, 2003).
שו, ז' ועוד.TEM באתר מראה מוליכות חשמלית, תכונות כימיות ושינויי קשר מתחמוצת גרפן לגרפן.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH משקפיים מתכתיים נפחיים.אלמה מאטר.המדע.פּרוֹיֶקט.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Mott NF ו- Davis EA תהליכים אלקטרוניים בחומרים אמורפיים (הוצאת אוניברסיטת אוקספורד, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. ו-Kern K. מנגנוני הולכה בגרפן מונו-שכבות המופקות כימית.ננולט.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS הולכת קפיצות במערכות לא מסודרות.פיזיקה.אד.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF מבנה אלקטרוני של דגם ריאליסטי של גרפן אמורפי.פיזיקה.המדינה סולידי ב 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab initio מודלים של גרפיט אמורפי.פיזיקה.הכומר רייט.128, 236402 (2022).
Mott, Conductivity in Amorphous Materials NF.3. מצבים מקומיים בפסאודוגאפ וליד קצוות רצועות ההולכה והערכיות.פִילוֹסוֹף.מג.19, 835–852 (1969).
Tuan DV et al.תכונות בידוד של סרטי גרפן אמורפיים.פיזיקה.Revision B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF ו-Drabold, DA קיפולים מחומשים בגיליון של גרפן אמורפי.פיזיקה.המדינה סולידי ב 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. et al.גידול הטרופיטקסיאלי של ניטריד בורון משושה דו מימדי בדוגמת צלעות גרפן.מדע 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. ו-Tokura Y. מעבר מתכת-מבודד.כומר מוד.פיזיקה.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. et al.לוקליזציה של אי-סדר בחומרים גבישיים עם מעבר פאזה.עלמא לאומית.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL et al.ניתוח מבני וכימי אטום אחר אטום באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים טבעת בשדה חשוך.טבע 464, 571–574 (2010).
Kress, G. and Furtmüller, J. ערכת איטרטיבית יעילה לחישוב האנרגיה הכוללת אב initio באמצעות ערכות בסיס גל מישור.פיזיקה.אד.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. and Joubert, D. מפסאודופוטנציאלים אולטרה-רך ועד לשיטות גל עם הגברה של מקרן.פיזיקה.אד.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C., and Ernzerhof, M. קירובי שיפוע כלליים הפכו לפשוטים יותר.פיזיקה.הכומר רייט.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S., ו- Krieg H. פרמטריזציה ראשונית עקבית ומדויקת של תיקון השונות הפונקציונלית בצפיפות (DFT-D) של 94 אלמנטים H-Pu.י.כימיה.פיזיקה.132, 154104 (2010).
עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית המחקר והפיתוח הלאומית של סין (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), הקרן הלאומית למדע הטבע של סין (5U129, 5123, 5123, 5123 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), תוכנית האקדמיה הסינית למדעים, Grant Strategic No0000 של סין למדעים, Grant 00000. תוכנית חזית של מחקר מדעי מפתח (QYZDB-SSW-JSC019).JC מודה ל-Beijing Natural Science Foundation of China (JQ22001) על תמיכתם.LW מודה לאגודה לקידום חדשנות צעירים של האקדמיה הסינית למדעים (2020009) על תמיכתם.חלק מהעבודה בוצע במכשיר השדה המגנטי החזק היציב של מעבדת השדה המגנטי הגבוה של האקדמיה הסינית למדעים בתמיכת מעבדת השדה המגנטי הגבוה של מחוז אנהוי.משאבי המחשוב מסופקים על ידי פלטפורמת מחשוב העל של אוניברסיטת פקין, מרכז מחשוב העל של שנחאי ומחשב העל Tianhe-1A.
Эти авторы внесли равный вклад: 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 ו-Lei Liu
בית הספר לפיזיקה, מעבדת מפתח לפיזיקה ואקום, האקדמיה הסינית למדעים של אוניברסיטת בייג'ינג, סין
המחלקה למדע והנדסת חומרים, האוניברסיטה הלאומית של סינגפור, סינגפור, סינגפור
המעבדה הלאומית של בייג'ינג למדעים מולקולריים, בית הספר לכימיה והנדסה מולקולרית, אוניברסיטת פקין, בייג'ינג, סין
המעבדה הלאומית של בייג'ינג לפיזיקה של חומר מעובה, המכון לפיזיקה, האקדמיה הסינית למדעים, בייג'ין, סין