Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com.Utilizați o versiune de browser cu suport limitat pentru CSS.Pentru cea mai bună experiență, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați Modul de compatibilitate în Internet Explorer).În plus, pentru a asigura suport continuu, arătăm site-ul fără stiluri și JavaScript.
Corelarea configurațiilor atomice, în special a gradului de dezordine (DOD) al solidelor amorfe cu proprietăți, este un domeniu important de interes în știința materialelor și fizica materiei condensate din cauza dificultății de a determina pozițiile exacte ale atomilor în tridimensionale. structuri1,2,3,4., Un vechi mister, 5. În acest scop, sistemele 2D oferă o perspectivă asupra misterului, permițând ca toți atomii să fie afișați direct 6,7.Imagistica directă a unui monostrat amorf de carbon (AMC) crescut prin depunere cu laser rezolvă problema configurației atomice, susținând viziunea modernă a cristalitelor din solidele sticloase bazată pe teoria rețelelor aleatoare8.Cu toate acestea, relația cauzală dintre structura la scară atomică și proprietățile macroscopice rămâne neclară.Aici raportăm reglarea ușoară a DOD și a conductibilității în filmele subțiri AMC prin modificarea temperaturii de creștere.În special, temperatura pragului de piroliză este cheia pentru creșterea AMC conductoare cu o gamă variabilă de salturi de ordin mediu (MRO), în timp ce creșterea temperaturii cu 25 ° C face ca AMC-urile să piardă MRO și să devină izolatoare electric, crescând rezistența foii. material în 109 ori.Pe lângă vizualizarea nanocristalitelor foarte distorsionate încorporate în rețele aleatoare continue, microscopia electronică cu rezoluție atomică a dezvăluit prezența/absența MRO și densitatea nanocristalitului dependentă de temperatură, doi parametri de ordine propuși pentru o descriere cuprinzătoare a DOD.Calculele numerice au stabilit harta conductibilității în funcție de acești doi parametri, relaționând direct microstructura cu proprietățile electrice.Munca noastră reprezintă un pas important către înțelegerea relației dintre structura și proprietățile materialelor amorfe la un nivel fundamental și deschide calea pentru dispozitive electronice care utilizează materiale amorfe bidimensionale.
Toate datele relevante generate și/sau analizate în acest studiu sunt disponibile de la autorii respectivi la cerere rezonabilă.
Codul este disponibil pe GitHub (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM și Ma, E. Ambalare atomică și comandă scurtă și medie în pahare metalice.Nature 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, în Physical Metallurgy, ed. a 5-a.(eds. Laughlin, DE și Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ şi colab.Implementarea unui monostrat de carbon cu întărire continuă.știința.Extins 3, e1601821 (2017).
Toh, KT și colab.Sinteza și proprietățile unui monostrat autoportant de carbon amorf.Nature 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (eds.) Crystallography in Materials Science: From Structure-Property Relationships to Engineering (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. şi colab.Determinați structura atomică tridimensională a solidelor amorfe.Natura 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. și Meyer JK De la defecte punctuale în grafen la carbonul amorf bidimensional.fizică.Reverendul Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. și Meyer JK Calea de la ordine la dezordine - atom cu atom de la grafen la sticla de carbon 2D.știința.Casa 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.et al.Vizualizarea rearanjamentului atomic în sticlă de silice 2D: ceas silicagel dance.Science 342, 224–227 (2013).
Lee H. şi colab.Sinteza de filme de grafen de înaltă calitate și uniforme pe suprafață mare pe folie de cupru.Science 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. et al.Creați pelicule de grafen cu strat inferior și cu suprafață mare pe substraturi arbitrare prin depunere chimică de vapori.Nanolet.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. și Solanki R. Chemical vapor deposition of graphene thin films.Nanotechnology 21, 145604 (2010).
Kai, J. şi colab.Fabricarea nanobobinelor de grafen prin precizie atomică ascendentă.Natura 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. şi colab.Sinteza rațională a nanoribonurilor de grafen de precizie atomică direct pe suprafața oxizilor metalici.Science 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Linii directoare pentru calcularea proprietăților electronice ale nanobobinelor de grafen.chimia de depozitare.rezervor de stocare.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. şi colab.Creșterea la temperatură scăzută a filmelor solide de grafen din benzen prin depunerea de vapori chimici la presiunea atmosferică.știința.Casa 5, 17955 (2015).
Choi, JH et al.Reducere semnificativă a temperaturii de creștere a grafenului pe cupru datorită forței de dispersie sporite din Londra.știința.Casa 3, 1925 (2013).
Wu, T. şi colab.Filme continue de grafen sintetizate la temperatură scăzută prin introducerea halogenilor ca semințe de semințe.Nanoscale 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF și colab.B2N2-perilene inițiale cu diferite orientări BN.Angie.Chimic.Ed. internă.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. și Dresselhaus, MS Spectroscopie Raman în grafen.fizică.Reprezentant 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Sub vârfurile Bragg: Analiza structurală a materialelor complexe (Elsevier, 2003).
Xu, Z. şi colab.TEM in situ arată conductivitatea electrică, proprietățile chimice și modificările legăturilor de la oxidul de grafen la grafen.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Ochelari metalici volumetrici.Alma Mater.știința.proiect.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Mott NF și Davis EA Electronic Processes in Amorphes Materials (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. și Kern K. Mecanisme de conducere în monostraturi de grafen derivatizate chimic.Nanolet.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Conducerea saltului în sisteme dezordonate.fizică.Ed.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Structura electronică a unui model realist de grafen amorf.fizică.State Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Modelarea inițială a grafitului amorf.fizică.Reverendul Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Conductibilitatea în materiale amorfe NF.3. Stări localizate în pseudogap și aproape de capetele benzilor de conducție și valență.filozof.mag.19, 835–852 (1969).
Tuan DV şi colab.Proprietățile izolante ale filmelor amorfe de grafen.fizică.Revizia B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF și Drabold, DA Pliuri pentagonale într-o foaie de grafen amorf.fizică.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. şi colab.Creșterea heteroepitaxială a nitrurii de bor hexagonale bidimensionale modelate cu nervuri de grafen.Science 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. și Tokura Y. Tranziție metal-izolator.Preot Mod.fizică.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. şi colab.Localizarea tulburărilor în materiale cristaline cu tranziție de fază.alma mater națională.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL şi colab.Analiză structurală și chimică atom cu atom folosind microscopia electronică inelară într-un câmp întunecat.Nature 464, 571–574 (2010).
Kress, G. și Furtmüller, J. Schemă iterativă eficientă pentru calculul ab initio a energiei totale folosind seturi de baze de undă plană.fizică.Ed.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. și Joubert, D. De la pseudopotențiale ultrasoft la metodele unde cu amplificarea proiectorului.fizică.Ed.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C. și Ernzerhof, M. Aproximații de gradient generalizate simplificate.fizică.Reverendul Wright.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. și Krieg H. Parametrizarea inițială consistentă și precisă a corecției varianței funcționale a densității (DFT-D) a H-Pu cu 94 de elemente.J. Chimie.fizică.132, 154104 (2010).
Această lucrare a fost susținută de Programul național de cercetare și dezvoltare a Chinei (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), Fundația Națională pentru Științe Naturale din China 4001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Beijing Natural Science Foundation (2192022, Z190011), Beijing Distinguished Young Scientist Program (BJJWZYJH01201914430039), Guangdong Provincial Area Cheie Programul de cercetare și dezvoltare (2019B010934001), Chinese Academy of Sciences Strategic Pilot Program, Grant și Nr. Planul de frontieră al cercetării științifice cheie (QYZDB-SSW-JSC019).JC mulțumește Fundației de Științe Naturale din Beijing din China (JQ22001) pentru sprijinul acordat.LW mulțumește Asociației pentru Promovarea Inovării Tineretului a Academiei Chineze de Științe (2020009) pentru sprijinul acordat.O parte a lucrării a fost efectuată în dispozitivul stabil de câmp magnetic puternic al Laboratorului de câmp magnetic înalt al Academiei Chineze de Științe, cu sprijinul Laboratorului de câmp magnetic înalt din provincia Anhui.Resursele de calcul sunt furnizate de platforma de supercalculare a Universității Peking, centrul de supercalculare din Shanghai și supercomputerul 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 și Lei Liu
Școala de Fizică, Laboratorul cheie de fizică a vidului, Universitatea din Academia Chineză de Științe, Beijing, China
Departamentul de Știința și Ingineria Materialelor, Universitatea Națională din Singapore, Singapore, Singapore
Laboratorul Național de Științe Moleculare din Beijing, Școala de Chimie și Inginerie Moleculară, Universitatea Peking, Beijing, China
Laboratorul Național de Fizică a Materiei Condensate din Beijing, Institutul de Fizică, Academia Chineză de Științe, Beijing, China