Благодарим ви, че посетихте Nature.com.Използвате версия на браузър с ограничена поддръжка на CSS.За най-добро изживяване ви препоръчваме да използвате актуализиран браузър (или да деактивирате режима на съвместимост в Internet Explorer).Освен това, за да осигурим постоянна поддръжка, показваме сайта без стилове и JavaScript.
Корелацията на атомните конфигурации, особено степента на разстройство (DOD) на аморфни твърди вещества със свойства, е важна област на интерес в науката за материалите и физиката на кондензираната материя поради трудността при определяне на точните позиции на атомите в триизмерно структури1,2,3,4., Стара мистерия, 5. За тази цел 2D системите предоставят вникване в мистерията, като позволяват всички атоми да бъдат директно показани 6,7.Директното изобразяване на аморфен монослой от въглерод (AMC), отгледан чрез лазерно отлагане, решава проблема с атомната конфигурация, подкрепяйки съвременния възглед за кристалити в стъклени твърди вещества, базиран на теорията на случайните мрежи8.Въпреки това, причинно-следствената връзка между структурата на атомния мащаб и макроскопичните свойства остава неясна.Тук докладваме за лесна настройка на DOD и проводимостта в AMC тънки филми чрез промяна на температурата на растеж.По-специално, праговата температура на пиролизата е ключова за отглеждане на проводими AMCs с променлив диапазон от скокове от среден порядък (MRO), докато повишаването на температурата с 25°C кара AMCs да загубят MRO и да станат електрически изолиращи, увеличавайки устойчивостта на листа материал в 109 пъти.В допълнение към визуализирането на силно изкривени нанокристалити, вградени в непрекъснати произволни мрежи, електронната микроскопия с атомна разделителна способност разкри наличието/отсъствието на MRO и зависима от температурата плътност на нанокристалити, два параметъра на реда, предложени за цялостно описание на DOD.Числените изчисления установяват картата на проводимостта като функция на тези два параметъра, пряко свързвайки микроструктурата с електрическите свойства.Нашата работа представлява важна стъпка към разбирането на връзката между структурата и свойствата на аморфните материали на фундаментално ниво и проправя пътя за електронни устройства, използващи двуизмерни аморфни материали.
Всички съответни данни, генерирани и/или анализирани в това проучване, са достъпни от съответните автори при разумно искане.
Кодът е наличен в GitHub (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM и Ma, E. Атомна опаковка и къса и средна поръчка в метални стъкла.Nature 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, в Physical Metallurgy, 5th ed.(ред. Laughlin, DE и Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ et al.Изпълнение на непрекъснато втвърдяващ се въглероден монослой.науката.Разширено 3, e1601821 (2017).
Toh, KT et al.Синтез и свойства на самоподдържащ се монослой от аморфен въглерод.Nature 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (ред.) Кристалография в науката за материалите: От връзките структура-свойства до инженерството (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. et al.Определете триизмерната атомна структура на аморфни твърди тела.Nature 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. и Meyer JK От точкови дефекти в графен до двумерен аморфен въглерод.физика.Преподобни Райт.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. и Meyer JK Пътят от ред към безпорядък – атом по атом от графен до 2D въглеродно стъкло.науката.Къща 4, 4060 (2014).
Хуанг, П.Ю.и др.Визуализация на атомно пренареждане в 2D силициево стъкло: гледайте как силикагелът танцува.Наука 342, 224–227 (2013).
Лий Х. и др.Синтез на висококачествени и еднородни графенови филми с голяма площ върху медно фолио.Наука 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. et al.Създавайте нискослойни графенови филми с голяма площ върху произволни субстрати чрез химическо отлагане на пари.Нанолети.9, 30–35 (2009).
Нандамури Г., Румимов С. и Соланки Р. Химично отлагане на пари на тънки слоеве от графен.Нанотехнология 21, 145604 (2010).
Kai, J. et al.Производство на графенови наноленти чрез възходяща атомна точност.Nature 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. и др.Рационален синтез на графенови наноленти с атомна точност директно върху повърхността на метални оксиди.Наука 369, 571–575 (2020).
Язиев О. В. Указания за изчисляване на електронните свойства на графеновите наноленти.химия за съхранение.резервоар за съхранение.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. et al.Растеж при ниска температура на твърди графенови филми от бензен чрез химическо отлагане на пари при атмосферно налягане.науката.Къща 5, 17955 (2015).
Choi, JH et al.Значително намаляване на температурата на растеж на графен върху мед поради засилената дисперсионна сила на Лондон.науката.Къща 3, 1925 (2013).
Wu, T. et al.Непрекъснати графенови филми, синтезирани при ниска температура чрез въвеждане на халогени като семена на семена.Наномащаб 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF и др.Изходни B2N2-перилени с различна BN ориентация.Анджи.химически.вътрешно изд.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. и Dresselhaus, MS Raman спектроскопия в графен.физика.Представител 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Beneath the Bragg Peaks: Structural Analysis of Complex Materials (Elsevier, 2003).
Xu, Z. et al.In situ TEM показва електрическа проводимост, химични свойства и промени на връзката от графенов оксид към графен.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Обемни метални очила.Алма матер.науката.проект.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Mott NF и Davis EA Електронни процеси в аморфни материали (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. и Kern K. Механизми на проводимост в химически дериватизирани графенови монослоеве.Нанолети.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Хопинг проводимост в неподредени системи.физика.Изд.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Електронна структура на реалистичен модел на аморфен графен.физика.State Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab initio моделиране на аморфен графит.физика.Преподобни Райт.128, 236402 (2022).
Мот, Проводимост в аморфни материали NF.3. Локализирани състояния в псевдопроцепа и близо до краищата на проводимата и валентната зона.философ.маг.19, 835–852 (1969).
Tuan DV и др.Изолационни свойства на аморфни графенови филми.физика.Ревизия B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF и Drabold, DA Петоъгълни гънки в лист от аморфен графен.физика.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. et al.Хетероепитаксиален растеж на двуизмерен хексагонален борен нитрид, шарен с графенови ребра.Наука 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. и Tokura Y. Преход метал-изолатор.Свещеник Мод.физика.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. и др.Локализация на разстройство в кристални материали с фазов преход.Национална алма матер.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL и др.Структурен и химичен анализ атом по атом с помощта на пръстеновидна електронна микроскопия в тъмно поле.Nature 464, 571–574 (2010).
Kress, G. и Furtmüller, J. Ефективна итеративна схема за ab initio изчисляване на общата енергия с помощта на базисни набори от равнинни вълни.физика.Изд.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. и Joubert, D. От ултрамеки псевдопотенциали до вълнови методи с усилване на проектора.физика.Изд.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C. и Ernzerhof, M. Обобщените градиентни приближения станаха по-прости.физика.Преподобни Райт.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. и Krieg H. Последователна и точна първоначална параметризация на функционалната корекция на дисперсията на плътността (DFT-D) на 94-елементния H-Pu.J. Химия.физика.132, 154104 (2010).
Тази работа беше подкрепена от Националната ключова научноизследователска и развойна програма на Китай (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), Националната фондация за природни науки на Китай (U1932153, 51872285, 1197). 4001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Пекинска фондация за естествени науки (2192022, Z190011), Програма за изявени млади учени в Пекин (BJJWZYJH01201914430039), Програма за изследване и развитие на провинция Гуангдонг (2019B010934001), Стратегическа пилотна програма на Китайската академия на науките, грант № XDB33000000 и Китай академия на науките Граничен план за ключови научни изследвания (QYZDB-SSW-JSC019).JC благодари на Пекинската природонаучна фондация на Китай (JQ22001) за тяхната подкрепа.LW благодари на Асоциацията за насърчаване на младежките иновации към Китайската академия на науките (2020009) за тяхната подкрепа.Част от работата е извършена в устройството за стабилно силно магнитно поле на Лабораторията за високо магнитно поле на Китайската академия на науките с подкрепата на Лабораторията за силно магнитно поле на провинция Анхуей.Компютърните ресурси се осигуряват от суперкомпютърната платформа на Пекинския университет, суперкомпютърния център в Шанхай и суперкомпютъра Tianhe-1A.
Тези автори съдържат равен 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 и Lei Liu
Училище по физика, Ключова лаборатория по физика на вакуума, Университет на Китайската академия на науките, Пекин, Китай
Департамент по материалознание и инженерство, Национален университет на Сингапур, Сингапур, Сингапур
Пекинска национална лаборатория по молекулярни науки, Училище по химия и молекулярно инженерство, Пекински университет, Пекин, Китай
Пекинска национална лаборатория за физика на кондензираната материя, Институт по физика, Китайска академия на науките, Пекин, Китай