Terima kasih kerana melawat Nature.com.Anda menggunakan versi penyemak imbas dengan sokongan CSS terhad.Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan penyemak imbas yang dikemas kini (atau lumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer).Di samping itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami menunjukkan tapak tanpa gaya dan JavaScript.
Korelasi konfigurasi atom, terutamanya darjah kecelaruan (DOD) pepejal amorf dengan sifat, adalah bidang kepentingan penting dalam sains bahan dan fizik jirim pekat kerana kesukaran menentukan kedudukan tepat atom dalam tiga dimensi. struktur1,2,3,4., Misteri lama, 5. Untuk tujuan ini, sistem 2D memberikan gambaran tentang misteri dengan membenarkan semua atom dipaparkan terus 6,7.Pengimejan langsung bagi lapisan tunggal karbon (AMC) amorfus yang ditanam melalui pemendapan laser menyelesaikan masalah konfigurasi atom, menyokong pandangan moden bagi kristalit dalam pepejal berkaca berdasarkan teori rangkaian rawak8.Walau bagaimanapun, hubungan sebab akibat antara struktur skala atom dan sifat makroskopik masih tidak jelas.Di sini kami melaporkan penalaan mudah DOD dan kekonduksian dalam filem nipis AMC dengan menukar suhu pertumbuhan.Khususnya, suhu ambang pirolisis adalah kunci untuk mengembangkan AMC konduktif dengan julat lompatan tertib sederhana (MRO) yang berubah-ubah, sementara menaikkan suhu sebanyak 25°C menyebabkan AMC kehilangan MRO dan menjadi penebat elektrik, meningkatkan rintangan helaian. bahan dalam 109 kali.Di samping menggambarkan nanokristalit yang sangat herot tertanam dalam rangkaian rawak berterusan, mikroskop elektron resolusi atom mendedahkan kehadiran / ketiadaan MRO dan ketumpatan nanokristalit yang bergantung kepada suhu, dua parameter pesanan yang dicadangkan untuk penerangan komprehensif DOD.Pengiraan berangka menetapkan peta kekonduksian sebagai fungsi kedua-dua parameter ini, secara langsung mengaitkan struktur mikro dengan sifat elektrik.Kerja kami mewakili satu langkah penting ke arah memahami hubungan antara struktur dan sifat bahan amorf pada tahap asas dan membuka jalan untuk peranti elektronik menggunakan bahan amorf dua dimensi.
Semua data berkaitan yang dijana dan/atau dianalisis dalam kajian ini boleh didapati daripada pengarang masing-masing atas permintaan yang munasabah.
Kod ini tersedia di GitHub (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM dan Ma, E. Pembungkusan atom dan susunan pendek dan sederhana dalam gelas metalik.Alam 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, dalam Metalurgi Fizikal, ed ke-5.(eds. Laughlin, DE dan Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ et al.Pelaksanaan monolayer karbon pengerasan berterusan.Sains.Dilanjutkan 3, e1601821 (2017).
Toh, KT et al.Sintesis dan sifat monolayer penyangga diri karbon amorf.Alam 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (eds.) Penghabluran dalam Sains Bahan: Daripada Hubungan Struktur-Harta kepada Kejuruteraan (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. et al.Tentukan struktur atom tiga dimensi pepejal amorfus.Alam 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. dan Meyer JK Daripada kecacatan titik dalam graphene kepada karbon amorf dua dimensi.fizik.Pendeta Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W., dan Meyer JK Laluan dari susunan kepada gangguan—atom demi atom daripada graphene kepada kaca karbon 2D.Sains.Rumah 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.et al.Visualisasi penyusunan semula atom dalam kaca silika 2D: tonton tarian gel silika.Sains 342, 224–227 (2013).
Lee H. et al.Sintesis filem graphene kawasan besar berkualiti tinggi dan seragam pada kerajang kuprum.Sains 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. et al.Cipta filem graphene berlapis rendah dan luas pada substrat sewenang-wenangnya dengan pemendapan wap kimia.Nanolet.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. dan Solanki R. Pemendapan wap kimia filem nipis graphene.Nanoteknologi 21, 145604 (2010).
Kai, J. et al.Pembuatan reben nano graphene dengan ketepatan atom menaik.Alam 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. et al.Sintesis rasional graphene nanoribbons ketepatan atom secara langsung pada permukaan oksida logam.Sains 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Garis Panduan untuk mengira sifat elektronik graphene nanoribbons.kimia penyimpanan.tangki simpanan.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. et al.Pertumbuhan suhu rendah filem graphene pepejal daripada benzena oleh pemendapan wap kimia tekanan atmosfera.Sains.Rumah 5, 17955 (2015).
Choi, JH et al.Pengurangan ketara dalam suhu pertumbuhan graphene pada kuprum disebabkan oleh daya serakan London yang dipertingkatkan.Sains.Rumah 3, 1925 (2013).
Wu, T. et al.Filem Graphene Berterusan Disintesis pada Suhu Rendah dengan Memperkenalkan Halogen sebagai Benih Benih.Skala nano 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF et al.B2N2-perilena awal dengan orientasi BN yang berbeza.Angie.bahan kimia.dalaman Ed.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. dan Dresselhaus, MS Raman spektroskopi dalam graphene.fizik.Wakil 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Di Bawah Puncak Bragg: Analisis Struktur Bahan Kompleks (Elsevier, 2003).
Xu, Z. et al.TEM in situ menunjukkan kekonduksian elektrik, sifat kimia, dan perubahan ikatan daripada graphene oxide kepada graphene.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH gelas logam volumetrik.almamater.Sains.projek.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Proses Elektronik Mott NF dan Davis EA dalam Bahan Amorf (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. dan Kern K. Mekanisme pengaliran dalam monolayers graphene terbitan kimia.Nanolet.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Pengaliran Hopping dalam sistem bercelaru.fizik.Ed.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Struktur elektronik model realistik graphene amorf.fizik.Negeri Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab initio pemodelan grafit amorf.fizik.Pendeta Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Kekonduksian dalam Bahan Amorf NF.3. Keadaan setempat dalam pseudogap dan berhampiran hujung jalur pengaliran dan valens.ahli falsafah.mag.19, 835–852 (1969).
Tuan DV et al.Sifat penebat filem graphene amorf.fizik.Semakan B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF dan Drabold, DA Pentagonal lipatan dalam helaian graphene amorf.fizik.Negeri Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. et al.Pertumbuhan heteroepitaxial boron nitrida heksagon dua dimensi bercorak rusuk graphene.Sains 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. dan Tokura Y. Peralihan penebat logam.Mod Imam.fizik.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. et al.Penyetempatan gangguan dalam bahan kristal dengan peralihan fasa.Almamater negara.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL et al.Analisis struktur dan kimia atom demi atom menggunakan mikroskop elektron cincin dalam medan gelap.Alam 464, 571–574 (2010).
Kress, G. dan Furtmüller, J. Skim lelaran yang cekap untuk pengiraan jumlah tenaga ab initio menggunakan set asas gelombang satah.fizik.Ed.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. dan Joubert, D. Daripada pseudopotential ultrasoft kepada kaedah gelombang dengan amplifikasi projektor.fizik.Ed.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C., dan Ernzerhof, M. Anggaran kecerunan umum dibuat lebih mudah.fizik.Pendeta Wright.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S., dan Krieg H. Parameterisasi awal yang konsisten dan tepat bagi pembetulan varians fungsi ketumpatan (DFT-D) bagi 94-elemen H-Pu.J. Kimia.fizik.132, 154104 (2010).
Kerja ini disokong oleh Program R&D Utama Negara China (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), Yayasan Sains Semula Jadi Negara 18, U3 4001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Yayasan Sains Semula Jadi Beijing (2192022, Z190011), Program Saintis Muda Terbilang Beijing (BJJWZYJH01201914430039), Program Penyelidikan dan Pembangunan Kawasan Utama Wilayah Guangdong (2019B010934001), Program Juruterbang Strategik Akademi Sains China, Akademi Sains China No.00DB30, Geran No. Pelan Sempadan penyelidikan saintifik Utama (QYZDB-SSW-JSC019).JC mengucapkan terima kasih kepada Yayasan Sains Semula Jadi Beijing China (JQ22001) atas sokongan mereka.LW mengucapkan terima kasih kepada Persatuan Mempromosikan Inovasi Belia Akademi Sains Cina (2020009) atas sokongan mereka.Sebahagian daripada kerja telah dijalankan dalam peranti medan magnet kuat yang stabil Makmal Medan Magnet Tinggi Akademi Sains China dengan sokongan Makmal Medan Magnet Tinggi Wilayah Anhui.Sumber pengkomputeran disediakan oleh platform pengkomputeran super Universiti Peking, pusat pengkomputeran Shanghai dan superkomputer 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 dan Lei Liu
Pusat Pengajian Fizik, Makmal Utama Fizik Vakum, Akademi Sains Universiti China, Beijing, China
Jabatan Sains dan Kejuruteraan Bahan, Universiti Kebangsaan Singapura, Singapura, Singapura
Makmal Kebangsaan Sains Molekul Beijing, Pusat Pengajian Kimia dan Kejuruteraan Molekul, Universiti Peking, Beijing, China
Makmal Kebangsaan Beijing untuk Fizik Jirim Pekat, Institut Fizik, Akademi Sains China, Beijing, China